Транзистор IGBT-принцип работы, структура, основные характеристики
На сегодняшний день, рынок сварочного оборудования представлен различными вариантами техники, которые имеют уникальные свойства и принцип работы, который определяет в конечном итоге, почему горят транзисторы в сварочном инверторе. В настоящее время варианты сварочного инвертора представлены следующими агрегатами:
- Сварка ручного типа с плавящимися электродами, серийный ряд manual metal arc, ММА. Ручная сварочная аппаратура, работающая в среде защитных газов tungsten inert gas, TIG. Полуавтоматическая технология сварки с использованием инертных газов, типовое исполнение- metal inertgas, MIG. Сварочные приборы на основе работы активных газов типа metal active gas, MAG.
- Сварочные агрегаты с инверторным принципом функционирования – трансформаторные приборы, а также полностью инверторное оборудование.
- Агрегаты с постоянным режимом выходного тока подачи, например для сварки металлов стали, а также с переменным режимом работы, например для пайки алюминия, или чугуна.
IGBT транзисторы. Устройство и работа. Параметры и применение
- Высокая плотность тока.
- Практически отсутствие потерь статического и динамического типа.
- Отсутствие управляющего тока позволяет не прибегать к использованию гальванически изолированных схем для работы и управления с применением дискретных элементов и предоставляет возможность создания интегральных схем – драйверов.
- Стойкость к воздействию короткого замыкания.
- Относительная простота параллельного соединения.
Технические компоненты
Общая структура работы такого устройства простая, и включает в себя основной источник тока, опциональный элемент выпрямителя для выходного тока, общий блок управления.
Качественный источник тока может быть полностью реализован на базе трансформаторной технологии или исключительно на базе инверторной системы, где силовые транзисторы для сварочных инверторов играют важную роль качественной работоспособности устройства.
Основными техническими компонентами, обеспечивающие высокое качество сварочных работ, является наличие IGBT-транзисторов, а также универсальных быстродействующих диодов. В этом случае возникает резонный вопрос, как проверить IGBT транзистор сварочного инвертора. Укажем основные данные транзисторных компонентов для сварки версии IGBT
| Тип | Характеристика |
| V | Сверхнизкая энергия осуществления выключения, работа до 600 В, частота до 1200 кГц |
| НВ | Малое напряжение насыщенного принципа воздействия. Низкая энергия выключения. Напряжение до 650 Вольт, частота до 50 кГц |
| Н | Низкий эффект режима выключения. Напряжение подачи – до 1200 вольт, частота до 35 кГц. |
| М | Низкое напряжение режима насыщения, напряжение сети до 1200 Вольт, частотный параметр – до 20 кГц |
| W | Режим малого прямого падения напряжения, и минимальный режим эффекта восстановления работоспособности. |
Особенности работы транзисторных узлов
- Высокий режим напряжения. Для эффективной замены транзисторов в сварочных инверторах, общие данные сети напряжения должны быть выше 600 Вольт.
- Большие параметры коммутационных токов. Среднее значение показателя должен быть не менее десятков ампер, а максимальные параметры могут показывать отметку за сотни Амперов.
- Режим высокой частоты переключения. В зависимости от габаритов трансформатора внутри прибора, можно увеличить частоту прибора, а также индуктивность для модели выходного фильтра.
- Для режима минимизации потерь на включение и выключение агрегата, можно узнать, как проверить транзисторы сварочного инвертора, при помощи малого значения подачи энергии на режим включения (Евкл), а также на режим выключения (Евыкл). В данном случае будут минимизированы все потери.
- Для минимизации возможных потерь, используем низкое значение для напряжения режима насыщения, или Uкэ нас.
- Жесткий эффект коммутации, должен быть стойкий для транзисторов для сварочных инверторов Ресанта. Инверторное оборудование в данном случае работает только с индуктивным режимом нагрузки.
- Параметры короткого замыкания. Аппарат должен иметь режим стойкости для данного параметра, эти сведения являются исключительно критичными для мостовых и полумостовых вариантов инверторной техники.
Как рассчитать потерю мощности на IGBT?
Рекомендуем для детального расчёта правильного выбора транзисторных систем использовать ниже приведённую схему.
В регуляторах скорости применяются IGBT транзисторы с рабочей частотой в несколько десятков кГц.
Достоинства
- Простая параллельная схема.
- Отсутствие потерь.
- Повышенная плотность тока.
- Устойчивость к замыканиям.
- Малые потери в открытом виде.
- Возможность функционирования при повышенной температуре (выше 100 градусов).
- Эксплуатация с высоким напряжением (выше 1 кВ) и мощностями (более 5 кВт).
При проектировании схем подключения с транзисторами нужно иметь ввиду, что существует ограничение по наибольшему току. Для этого применяют некоторые способы:
Устройство и работа
Внутреннее устройство IGBT транзисторов включает в себя каскад двух электронных ключей, управляющих конечным выходом.
Проверить транзистор мультиметром прозвонкой на исправность: биполярный, полевой, составной
- Управляющее напряжение – это разность потенциалов, способная управлять работой затвора.
- Наибольший допустимый ток.
- Напряжение пробоя между эмиттером и коллектором.
- Ток отсечки эмиттер-коллектор.
- Напряжение насыщения эмиттер-коллектор.
- Входная емкость.
- Выходная емкость.
- Паразитная индуктивность.
- Период задержки подключения.
- Период задержки выключения.
- Внутреннее сопротивление.
Принцип действия транзистора заключается в двух этапах:
- При подаче напряжения положительного потенциала между истоком и затвором полевой транзистор открывается, появляется n-канал между стоком и истоком.
- Начинается движение заряженных электронов из n-области в р-область, вследствие чего открывается биполярный транзистор. В результате этого от эмиттера к коллектору протекает электрический ток.
IGBT транзисторы служат для приближения токов замыкания к безопасному значению. Они ограничивают напряжение затвора следующими методами:
- С помощью привязки к определенному значению напряжения. Это достигается тогда, когда драйвер затвора имеет постоянное напряжение. Главным способом является добавление в схему диода, имеющего малое падение напряжения (диод Шоттки). Значительный эффект получается путем уменьшения индуктивности цепи затвора и питания.
- Ограничение значения напряжения затвора путем использования стабилитрона в схеме затвора и эмиттера. Неплохая эффективность получается за счет установки диодов к дополнительным клеммам модуля. Диоды применяются с малым разбросом и температурной зависимостью.
- Подключение в цепь отрицательной обратной связи эмиттера. Такой способ доступен, когда подключен эмиттер драйвера затвора к клеммам эмиттера модуля.
Сфера использования
IGBT транзисторы чаще всего работают в сетях высокого напряжения до 6,5 киловольт для надежной и безопасной работы электроустановок в аварийном режиме при коротких замыканиях.
Вышеперечисленные свойства транзисторов дают возможность использовать их в частотно-регулируемых приводах, инверторах, импульсных регуляторах тока, а также в сварочных аппаратах.
Также IGBT применяются в системах мощных приводов управления электровозов, троллейбусов. Это повышает КПД и создает повышенную плавность хода.
Силовые транзисторы широко используются в цепях высокого напряжения. Они входят в состав схем посудомоечных машин, бытовых кондиционеров, автомобильного зажигания, блоков питания телекоммуникационного оборудования.
Проверка исправности
Условное обозначение
Транзисторы имеют комбинированную структуру, то и обозначения у них соответствующие:
IGBT модули
Силовые транзисторы производятся не только в виде отдельных полупроводников, но и в виде модулей. Такие модули входят в состав частотных преобразователей для управления электромоторами.
