Область безопасной работы ключа

Область допустимых значений электрических параметров ключа, при которых ключ работает без повреждений, называют областью безопасной работы (ОБР).

Общепринятым является графическое представление ОБР на плоскости в координатах тока i_S в ключе и падения напряжения u_S на ключе. Учитываются допустимые значения I_Sдоп , U_Sдоп параметров i_S , u_S , а также допустимое значение P_Sдоп рассеиваемой мощности p_S= i_Su_S . Они определяют границы ОБР (рис. 4.12).

В зависимости от типа ключевого прибора число и характер ограничений, определяющих ОБР, могут изменяться, могут появляться дополнительные границы ОБР. Кроме того, границы ОБР зависят от продолжительности нахождения ключа во включенном состоянии и от частоты коммутации.

Мгновенные значения i_S и u_S в любой момент времени во всех режимах работы ключа, включая процесс коммутации, не должны выходить за пределы ОБР по определению. Это значит, что статические и динамические ВАХ ключа должны находиться внутри ОБР. В противном случае надежная работа ключа не гарантируется.

Полное соответствие ВАХ и ОБР сложно обеспечить без принятия специальных мер защиты ключевого прибора. Поэтому в схему устройства коммутации включают дополнительные элементы, например конденсаторы или реакторы, с помощью которых достигается соответствие динамических ВАХ ключа и его ОБР. Совокупность таких дополнительных элементов, определенным образом подключенных в схему устройства коммутации, называют цепью формирования траектории переключения (ЦФТП) или снаббером (снабберной цепью). По существу снаббер является устройством защиты ключа в динамических режимах.

Обобщенные показатели полупроводниковых приборов,

Используемых в силовых электронных ключах

Обобщенные показатели полупроводниковых приборов, используемых в силовых электронных ключах, приведены в табл. 4.1²⁰.

Обобщенные показатели полупроводниковых приборов

Таблица 4.1

Сравнительная характеристика силовых ключей

Показатели функционирования силовых ключей

Коммутирующие контакты обладают рядом преимуществ по сравнению с электронными ключами. Они в большей степени приближаются к «идеальному» ключу по таким показателям как устойчивость к токам перегрузки, короткого замыкания и к воздействию перенапряжения; тепловые потери на замкнутом контакте; остаточное напряжение (падение напряжения на замкнутом контакте); гальваническая развязка силовых и вспомогательных цепей («сухие» контакты). Существенные недостатки: возникновение электрической дуги и вытекающие из этого отрицательные последствия (они рассмотрены в разделе 2), а также низкая частота коммутации.

Количественные оценки некоторых показателей, удобных для сравнения силовых ключей, приведены в табл. 4.2.

Показатели функционирования силовых ключей

Таблица 4.2

В тех применениях ключей, где требуется большая частота коммутации электрической цепи, инерционность коммутирующих контактов ограничивает, либо делает невозможным их применение. К тому же износ массы контактного материала зависит от количества циклов «включить-выключить» и от силы коммутируемого тока. Например, такой износ у сильноточных контакторов и пускателей оценивают по пропорциональной зависимости от количества циклов «включить-выключить» и по квадратичной зависимости от силы отключаемого тока. Поэтому при больших значениях отключаемого тока и количестве циклов появляется необходимость в частой замене коммутационного контактного аппарата.

Существенный недостаток электронных ключей – это слабая устойчивость к перенапряжениям и сверхтокам. Поэтому для обеспечения их работоспособности приходится применять дополнительные элементы и узлы, например, снабберные цепи, что приводит к усложнению конструкции и удорожанию аппарата.

Сопоставление свойств коммутирующих контактов

И электронных ключей

Свойства коммутирующих контактов и электронных ключей

Таблица 4.3

Продолжение табл. 4.3