Селеновый выпрямитель

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки республики Казахстан

Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева

Реферат

На тему: Селеновые выпрямители

Ст. гр. ТФ-32:

Ногай Артур

Пролерил(а):

Ж.К. Сулейменова

Астана 2013 г.

План

1. Селеновый выпрямитель

2. Устройство селенового выпрямителя

3. Вольт-амперная характеристика селеновых элементов

3.1 Зависимость ВАХ селеновых выпрямительных элементов от температуры

4. Применение селеновых выпрямителей

Список используемой литературы

1. Селеновый выпрямитель

Селеновый выпрямитель (селеновый вентиль) -- селеновый элемент для выпрямителения переменного напряжения (в основном) промышленной частоты и относится к группе полупроводниковых диодов.

Выпуск первых отечественных серийных полупроводников (купоросные и селеновые вентили) массово начался сразу после окончания Великой Отечественной Войны.

Эксплуатационные свойства селеновых вентилей отличают их от других типов вентилей настолько, что в отдельных случаях они оказываются неприменимы, а в других случаях становятся незаменимыми. Благодаря этим свойствам селеновые приборы прожили чрезвычайно долгую жизнь, вплоть до распада СССР; а отдельные типы выпускались до 2000-х годов.

К преимуществам селеновых выпрямителей в первую очередь относятся: стойкость к токовым перегрузкам и к перегрузкам по напряжению, высокая надежность. Кратковременные перегрузки (в 2--5 раз), повторяющиеся с большими интервалами, выдерживаются селеновыми вентилями безболезненно.

Устойчивость селеновых элементов к значительным перегрузкам по току и напряжению обеспечивает как последовательное, так и параллельное соединение их практически в неограниченном количестве. В отличие от германиевых и кремниевых диодов селеновые выпрямители не нуждаются в выравнивающих элементах. Это позволяло выпускать селеновые выпрямители практически на любые величины напряжений и токов. К примеру, выпускались селеновые выпрямители с последовательным соединением до 1440 селеновых элементов в единой конструкции (выпрямитель 15ГЕ1440У-С). К такому диоду могло быть подведено переменное напряжение в 40 кВ. Вообще же селеновые выпрямители собирались на рабочее напряжение до 240 кВ. Вместе с тем выпускались выпрямители с параллельным соединением элементов, позволяющим получить выпрямленный ток в 500 А на один столб (выпрямитель 140ГЖ24Я4У).

2. Устройство селенового выпрямителя

Селеновый выпрямитель устроен следующим образом. Одним электродом является алюминиевая или железная пластина, покрытая с одной стороны слоем кристаллического селена (50 -- 60 мкм), являющимся одним из электродов с дырочной (p-типа) проводимостью, вторым электродом является пластинка сплава висмут - кадмий - олово, покрывающая слой селена.

Под действием термической обработки в селене около второго электрода образуется слой селенистого кадмия, обладающий электронной проводимостью, селен же обладает дырочной проводимостью.

Запирающий слой возникает на границе между дырочным селеном и электронным селенистым кадмием. Образуется p--n-переход. Пропускным направлением тока является направление от селена к селенистому кадмию (направление движения дырок). Один такой выпрямляющий элемент называют выпрямляющей шайбой; отдельные шайбы собирают в выпрямительный столбик.

3. Вольт-амперная характеристика селеновых элементов

Основной характеристикой селенового элемента является его вольт-амперная характеристика.

На рисунке приведены прямые вольт-ампсрные характеристики селеновых элементов различных типов. Как видно из рисунка, изменение прямого падения напряжения не протекает по прямолинейному закону, что является характерной особенностью всех полупроводниковых выпрямителей. По горизонтальной оси откладывается прямое падение напряжения Ua в вольтах, показываемое вольтметром а по вертикальной оси показание амперметра - плотность тока селеновых элементов обычно выражается (ма/см2). Благодаря такому отсчету тока характеристиками можно пользоваться для выпрямительных элементов всех размеров.

Легко видеть, что чем круче вольт-амперная характеристика, т. е. чем ближе она к вертикальной оси, тем меньше падение напряжения в элементе и тем, следовательно, больше можно нагружать этот элемент. Например, если допустить прямое падение напряжения на элементе 0,5 В, то плотность тока на элементе типа ТВС "не должна превышать 25 ма/см2, на элементе типа ABC ее можно повысить до 30 ма/см2, а на более совершенных элементах, рассчитанных на повышенные нагрузки, можно допустить плотность тока 45--60 Ма/см2.

Таким образом, прямая вольт-амперная характеристика определяет нагрузочную способность селенового элемента по току. Другой не менее важной его характеристикой, определяющей нагрузочную способность по напряжению, т. е. (запирающую) способность элемента, является его обратная вольт-амперная характеристика, представляющая собой зависимость обратного тока от величины обратного напряжения, приложенного к элементу.

Показания вольтметра V откладываются на горизонтальной оси рис. 9, а показания миллиамперметра, отнесенные, к единице площади элемента, на его вертикальной оси.

Сопоставляя прямые и обратные вольт-амперные характеристики селеновых элементов типов ABC и ТВС, заключаем, что элементы типа ABC имеют меньшие потери в прямом направлении, чем элементы типа ТВС, и следовательно, они более предпочтительны для применения на повышенные токовые нагрузки, не говоря уже об элементах, имеющих прямые характеристики, ближайшие к вертикальной оси и специально предназначенные для высоких плотностей тока.

Однако обратные вольт-амперные характеристики этих же элементов показывают, что элементы типа ТВС обладают более хорошими запирающими свойствами, чем элементы типа ABC. Как видно из кривой, обратные токи элементов типа ABC резко возрастают при подаче на них обратного напряжения сверх 25--30 В, в то время как у элементов типа ТВС это явление накупает при напряжении только 40 -45 В. Вот почему элементы типа ABC выпускаются на напряжение не более 30 В, а элементы типа ТВС 30--45 В и более.

Выпрямительные элементы по их запирающим свойствам разделяются на классы, обозначаемые буквами В, Г, Д, Е, И, К. В отечественной промышленности принята следующая классификация селеновых элементов:

3.1 Зависимость ВАХ селеновых выпрямительных элементов от температуры

Работая селеновый выпрямительный элемент, может находиться в различных температурных условиях. Персоналу, обслуживающему аппаратуру с селеновыми выпрямителями, необходимо учитывать, что сопротивление селенового элемента как в прямом, так и в обратном направлениях изменяется с изменением температуры.

Это влечет за собой изменения прямого падения напряжения и обратного тока. Нормально селеновые элементы всех типов с повышением температуры на их поверхности уменьшают прямое падение напряжения, т. е. обладают отрицательным температурным коэффициентом. Но это уменьшение падения напряжения происходит до определенной температуры, после чего дальнейшее повышение нагрева элемента вызывает, как правило, резкое увеличение падения напряжения, т. е. увеличение потери энергии в элементе, что способствует еще большему нагреву элемента и еще большему увеличению потерь.

Получается так, что элемент сам себя нагревает. Этот процесс быстро прогрессирует, "вызывая также увеличение обратных токов, что еще более повышает нагрев элемента и приводит к пробою запирающего слоя, т. е. к разрушению выпрямителя. Поэтому при эксплуатации выпрямителей никогда не следует допускать перегрева селеновых элементов более их рабочих температур.

Чем выше температура, при которой меняется знак температурного коэффициента, тем выше теплостойкость элемента. Каждый тип выпрямительного элемента имеет свою критическую температурную точку, при которой наступает. Перемена знака температурного коэффициента с отрицательного на положительный, нагрев элемента начинает быстро нарастать, и элемент, как правило, выходит из строя. Эта критическая точка и определяет теплостойкость элемента.

Из графика на рис следует, что теплостойкость селеновых этементов типа ABC ниже, чем элементов типа ТВС. Наибольшей теплостойкостью обладают специальные температуростойкие селеновые элементы типа АТ.

Пробой селеновых вентилей заключается в тепловом разрушении части селенового слоя и катодного сплава под действием больших обратных токов, вызванных большими обратными напряжениями. Обычно пробой происходит при обратных напряжениях с амплитудой порядка 50--80 В на каждый элемент.

Пробой элемента сопровождается искрой, а также оплавлением селена и части катодного сплава. Если причина пробоя устранена, то выпрямитель может продолжать работать, так как пробитое место в элементе заплавляется аморфным селеном, не проводящим тока. Иногда при перегреве выпрямителя расплавленный электрод (катодный сплав) заливает промежуток между электродами и тем самым замыкает элемент накоротко. В этом случае для дальнейшей нормальной работы вентиля необходимо удалить расплавленный металл.

Под сроком службы элемента понимают время, по истечении которого выпрямленное напряжение снижается на 6-10%. После этого старение элемента заметно замедляется и дальнейшее падение напряжения становится почти несущественным. Для восстановления номинального значения выпрямленного напряжения повышают переменное напряжение примерно на 10%, подключая дополнительные витки вторичной обмотки трансформатора. Эти витки заранее предусматривают при конструировании селеновых выпрямителей.

4. Применение селеновых выпрямителей

селеновый выпрямитель напряжение токовый

Селеновые выпрямительные столбы и блоки широко применялись в следующих устройствах и аппаратуре: зарядки аккумуляторных батарей; выпрямителях для гальванических ванн; приводе электродвигателей металлорежущих станков, сварочной аппаратуре; выпрямителях рентгеновской аппаратуры; источниках питания фильтров газовой очистки; схемах умножения напряжения в источниках высокого напряжения; схемах питания анода телевизионных приемников и электронно-лучевых трубок осциллографов; схемах смещения базового напряжения различного рода усилителей; схемах магнитных усилителей; источниках питания транзисторных приемников; источниках питания вычислительных машин на транзисторах; в цепях дискриминаторов измерительной и вычислительной техники; в качестве ограничителей перенапряжений; в качестве приборов защиты контактов реле от образования дуги; в качестве приборов для выравнивания напряжений на последовательно соединенных кремниевых силовых вентилях и тиристорах; в качестве приборов для подавления акустических ударов телефонных аппаратов и другой аппаратуры; в качестве приборов с нелинейной (симметричной и несимметричной) вольт-амперной характеристикой.

Список используемой литературы

Пасынков В. В., Чиркин Л. К. Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов. -- 4-е перераб. и доп. изд. -- М.: Высшая школа, 1987. -- С. 145-148. -- 479 с. -- 50 000 экз.

Геллер И. Х Селеновые выпрямители. -- М.-- Л.: Энергия, 1964. -- 24 с. -- (Массовая радиобиблиотека. Вып. 496). -- 80 000 экз.

Бензарь В. К. Словарь-справочник по электротехнике, промышленной электронике и автоматике. -- Мн.: Вышэйшая школа, 1985. -- 176 с.

Буланин Н. П. Селеновые выпрямители. -- М. -- Л.: Госэнергоиздат, 1961. -- 48 с. -- (Библиотека электромонтёра. Вып. 42). -- 30 000 экз.

http://ru.wikipedia.org/wiki/Селеновый_выпрямитель

http://nnov.rgotups.ru/files/uch_lit/dopmat/Физика/zarc1187/lab47.htm

http://fondstatus.ru/-cat=44&paged=6.htm

Размещено на Allbest.ru