Гордиенко А. К., студентка, 2 курс, энергетический факультет
Хижняк В.С., студент, 2 курс, энергетический факультет
Научный руководитель: Усенко В.И., доцент
ФГБОУ ВО «Амурский государственный университет»
Силовая электроника, биполярный транзистор с изолированным затвором, частотный преобразователь, асинхронный электропривод
Использование программы схемотехнического моделирования Multisim для исследования цепей силовой электроники на базе биполярного транзистора с изолированным затвором
Силовой электроникой называют область науки и техники, которая решает проблему создания силовых электронных приборов с целью получения значительной электрической энергии, управления мощными электрическими процессами и преобразования электрической энергии в другие виды. Особенно быстрое распространение устройств силовой электроники началось после создания силовых полевых транзисторов и IGBT. В современной силовой электронике аналогом полевого транзистора с изолированным затвором является IBGT (Insulated Gate Bipolar Transistor - биполярный транзистор с изолированным затвором). Этот прибор управляется напряжением. Условное обозначение и упрощенная схема приведены на рис.1.
Рис.1. Упрощенная эквивалентная схема и символ IGBT
Мощные IGBT-модули используются в тяговых электроприводах локомотивов, в асинхронном электроприводе, установках кондиционирования воздуха и т.д. Для управления частотой вращения асинхронного двигателя следует изменять частоту напряжения статора. Для этой цели используются преобразователи частоты на основе инверторов, основным элементом которых является электронный ключ. Одна фаза трехфазного преобразователя частоты приведена на рис.2.
Наиболее пригодными для управления асинхронными двигателями являются интеллектуальные IGBT-модули фирмы Mitsubishi Electric, рассчитанные на токи от 10 до 600 А. Модуль этого типа представляет собой конструктивно законченное изделие, состоящее из собранных в одном корпусе силовых IGBT-ключей с защитными обратными диодами (количество ключей - от одного до семи), датчиков тока, напряжения, температуры и входных и выходных драйверов управления. Особенностями таких модулей является наличие встроенных защит по току, напряжению, температуре и от пониженного напряжения. Основные параметры модулей: максимальное напряжение UCE, максимальный ток Ic, напряжение насыщения UCE.
В программе NI Multisim есть инструментарий, используемый для моделирования и создания прототипов цепей силовой электроники. В своей работе мы используем модели для IGBT и MOSFET ключей, электро-механические компоненты, различные активные и пассивные компоненты и ключевые контроллеры для моделирования силовых электронных цепей. Например, изображение IGBT- ключа имеет вид как на рисунке 3.
Рис.3. Изображение IGBT- ключа в Multisim
В программе имеются также готовые схемы управляемых выпрямителей, инверторов и регуляторов постоянного напряжения, позволяющие создавать сложные электронные схемы.
1. Розанов Ю.К. и др. Силовая электроника. - Уч. Для вузов.- 2-е изд. - М: Издательский дом МЭИ, 2009.
2. Семёнов Б.Ю. Силовая электроника: от простого к сложному. ¬- М.: СОЛОН-Пресс, 2005. - 416 с.
3. Белоус А.И., Ефименко С.А., Турцевич А.С. Полупроводниковая силовая электроника. Москва: Техносфера, 2013. - 216 с.
