В системе управления и регулирования тепловозов используются бесконтактные полупроводниковые элементы: диоды, стабилитроны, транзисторы (триоды), управляемые вентили (тиристоры).
Диод (вентиль) - это проводник для прямого направления тока, не пропускающий ток обратного направления.
В основе работы стабилитрона лежит пробой электронно-дырочного перехода, происходящий под действием обратного напряжения (приложенного к переходу). Вольт-амперная характеристика стабилитрона (рис. 8.1) показывает, что он может проводить ток в обоих направлениях (прямом и обратном). Прямая ветвь характеристики стабилитрона обычно нерабочая, но в ряде случаев может быть использована (например, в цепях температурной компенсации). Участок обратной ветви вольт-амперной характеристики с высокой проводимостью -- основной рабочий участок стабилитрона. При обратном включении стабилитрона его сопротивление велико (несколько миллионов омов), но если в этом направлении приложить напряжение, равное напряжению пробоя данного стабилитрона 11 с, то он переходит в состояние пробоя (проводимости), имея при этом малое сопротивление (несколько десятков омов).
Транзистор (триод) имеет три вывода - эмиттер Э, база б и коллектор К ("рис. 8.2)- и обладает таким свойством, что сопротивление между эмиттером и коллектором 1?ак зависит от тока, протекающего между эмиттером и базой (типа р-п-р). Когда этот ток, называемый базовым, отрицателен («втекает» в базу) или равен нулю, запирается эмиттерный переход и управлять током коллекторной цепи невозможно. Такому режиму, называемому режимом отсечки, соответствует запертое состояние триода (точка В на рис. 8.2, а). Через переход коллектор-база протекает весьма небольшой неуправляемый ток, составляющий единицы или десятки микроампер.
Сопротивление запертого триода постоянному току очень велико -- до нескольких мегаомов.
При увеличении положительного базового тока («вытекает» из базы) сопротивление между эмиттером и коллектором уменьшается, рабочая точка перемещается по линии нагрузки АД, при этом ток нагрузки коллектора увеличивается. Рост тока коллекто-
Рис. 8.2. Транзистор: а - вольт-амперная характеристика; б, в условные обозначения; 1„, с/к -- ток инапряжение коллектора; 1, ток базы; 1УПн, напряжение питания; #„ сопротивление нагрузкира ограничен сопротивлением нагрузки: 1к < і/,,,,,//?,,, поэтому при определенном токе базы наступает насыщение транзистора и дальнейшее увеличение тока базы не дает приращения тока нагрузки. Такому режиму, называемому режимом насыщения, соответствует открытое состояние транзистора (точка С). У открытого транзистора сопротивление постоянному току единицы и десятки омов.
Подавая на вход транзистора импульсы напряжения переменной полярности, переводящие транзистор последовательно из запертого состояния в открытое, потом опять в запертое и т. д., можно заставить транзистор работать в качестве реле. Такой быстрый переход из одного состояния в другое называется режимом «ключа» или переключения.
Рис. 8.3. Тиристор:
а - вольт-амперная характеристика; б условное обозначение; в - структура; (Л,,,, 1о™ напряжение и ток открывания тиристора при токе управления, равном нулю; 0'„,к, 1'отк напряжение открывания прн токах управления 1"»> 1',; 1;"РЧ>| ток спрямления; 1)а - ток удержания (выключения); 1у, - прямой ток утечки; 1,,.оср обратный ток утечки; 1/„р„г, -обратное напряжение пробоя
Оба состояния транзистора характеризуются малыми значениями рассеиваемой мощности. В режиме отсечки ток близок к нулю, в режиме насыщения падение напряжения на переходе эмиттер - коллектор составляет десятые доли вольта. Поэтому транзисторы при работе в режиме «ключа» могут управлять большими мощностями, сами при этом выделяя малую мощность. У транзисторов типа п-р-п основными носителями тока в цепи эмиттера и коллектора будут электроны, а неосновными носителями, обусловливающими ток базы,- дырки. Характеристики таких транзисторов будут несколько другими из-за большей подвижности электронов.
Полярность подключения источников питания будет противоположной по сравнению с транзисторами типа р-п-р, а на схемах стрелка направлена от базы (рис. 8.2, в).
Транзисторы кремниевые и германиевые допускают некоторую перегрузку по току, но не допускают даже кратковременного превышения напряжения между электродами.
Тиристор (управляемый вентиль или диод) тоже имеет три вывода: анод А, катод К (силовые электроды) и управляющий электрод У (электрод управления ЗУ) (рис. 8.3). Тиристор приводится в открытое (включенное) состояние при подаче напряжения положительной полярности на силовой электрод А, отрицательной на К и положительного потенциала на электрод управления У. В этом случае он работает как диод. В силовых приборах ток управления не превышает нескольких сотен миллиампер при напряжении примерно 5 В, т. е. мощность, расходуемая в цепи управления, составляет I --2 Вт. Мощность силовой цепи может быть сотни киловатт.
Тиристоры, работая в широком диапазоне токов и напряжений (до 600 А и 1500 В), обеспечивают высокую надежность, коэффициент усиления до 10(> и работу при температурах от - 60 до 4- 120 "С. Тиристор выключается при разрыве цепи электрода управления и резком уменьшении тока нагрузки до некоторого минимального значения, называемого удерживающим 1\,, или разрыве цени силовых электродов, а также при изменении полярности силовых электродов обеспечивает большее быстродействие, чем уменьшение тока до 1\Л, поэтому он особенно распространен.
В тепловозных схемах с электрической передачей выключение тиристоров осуществляется изменением полярности напряжения. Тиристоры дают возможность не только выпрямлять ток, но и регулировать его значение при помощи специальных систем управления. Тиристоры могут применяться в инверторах и преобразователях частоты переменного тока.
Они не выдерживают перегрузок по току, поэтому должны обеспечиваться быстродействующей зашитой.
169
⇐ | Остальные аппараты | | Рудая К. И., Логинова Е. Ю. Тепловозы. Электрическое оборудование и схемы. Устройство и ремонт | | Панели и блоки выпрямителей | ⇒