бтиз на заводе что такое
Новые методы БТИЗ-управления: электрическое подключение – оптическая передача
14.03.2018 Проектирование промышленных электроприводов для автоматизированных производственных процессов сложно представить без электродвигателей. Полупроводниковые элементы БТИЗ применяются для управления мощными электрическими приводами, а для соединения с требуемой изоляцией служат полимерные оптические волокна. Однако, это решение характеризуется чувствительностью и требует пространства. Компания HARTING предлагает новый компактный вариант решения для управления на основе БТИЗ.
Энергопотребление используемых в технологиях привода электродвигателей может достигать нескольких киловатт и даже мегаватт. При постоянной частоте вращения технология управления достаточно проста. Но часто необходимо регулирование частоты вращения двигателя, что сразу усложняет данную задачу.
Там, где применяются режимы высокой мощности, например, в регуляторах тяги поездов или движительных установках судов, управление частотой вращения выполняется полупроводниковыми БТИЗ-элементами. Они обеспечивают переключение высоких нагрузок при очень низкой мощности привода. Поскольку установленные требования к изоляции и напряжению очень высоки, необходимые для БТИЗ-управления сигналы передаются по полимерным оптическим волокнам (POF). В настоящее время необходимо шесть плат привода с БТИЗ для управления фазой 2 трехфазного двигателя. Волоконно-оптические соединения обеспечивают передачу сигналов без помех и соответствующую электрическую изоляцию.
В частности, в локомотивах, обеспечивается резервирование БТИЗ, поэтому резервные компоненты могут выполнять функции платы контроллера, и функциональность системы сохраняется в случае сбоя БТИЗ. Такие же возможности гарантированы при двукратном увеличении расстояния оптической передачи. При этом в прошлом для соединения контроллера и платы привода должны были применяться отдельные волокна. Электрооптическое преобразование сигналов выполняют приемопередатчики на печатной плате, их оптические контакты служат для соединения волокон. Каждое оптическое волокно имеет отдельный порт со встроенным приемопередатчиком на плате привода и на плате контроллера. Используемое ранее решение требовало большого пространства для установки всех передающих и принимающих элементов на плате контроллера, что обуславливало слишком большие размеры платы.
Другой недостаток заключается в том, что соединение различных полимерных оптических волокон должно выполняться в правильном месте при обслуживании и монтаже. Так, необходимо отдельное подсоединение каждого волокна к плате привода и к плате контроллера. Такое расположение должно выполняться поочередно, и процесс требует времени и внимания. Для обеспечения правильной работы необходимо исключить перепутывание передающих и приемных линий.
Для гарантии качества поверхности конца волокна требуется заводская готовность используемых кабелей и их отдельная установка пользователем на площадке.
Как правило, оптические элементы были изначально разработаны для промышленного применения в расширенном диапазоне температур и при повышенных вибрациях, но при этом была предусмотрена только простая компенсация натяжения волокон. Кроме того, важным требованием является надлежащая защита оптического соединения от загрязнений. Поэтому в отключенном состоянии обязательно использовать предохранительную крышку.
Установка дополнительных компонентов на плате контроллера с оптическими элементами не представлялась возможной, поскольку в то время не было поддержки повторной пайки. Следовательно, в случае неисправности приемопередатчика требовались отсоединение, замена всей платы со всеми контактами и повторное соединение. Это приводило к дополнительным расходам и повышало трудоемкость.
При взаимодействии с известными производителями железнодорожного транспорта компания HARTING разработала решение, основанное на принципе передачи с переносом приемопередатчиков платы контроллера в подключаемый модуль. Так реализована интеграция оптических соединений по принципу «электрическое подключение – оптическая передача».
Для электрического подключения и корпуса системы компания HARTING использовала решения серии DIN 41612. Корпус DIN изготавливается из литого цинка и соответствует повышенным требованиям к прочности и электромагнитной совместимости для применения в железнодорожном секторе. Обеспечивается возможность прямого или углового расположения кабелей, поэтому предусмотрена оптимальная защита от перегибов и компенсация натяжения волокон. Кроме того, на печатной плате в корпусе DIN можно установить комплект резисторов и разделительных конденсаторов для безошибочного управления оптическими элементами и полной помехоустойчивости. Электрические контакты серии DIN 41612 также характеризуются устойчивостью к износу, вызванному микровибрациями, они испытаны и утверждены к применению на железнодорожном транспорте.
Активный оптический модуль POF позволяет заказчику подключить до 16 оптических каналов одновременно в компактном исполнении узла. Соответственно, обеспечиваются более простой и быстрый монтаж и техническое обслуживание. Кроме того, компания HARTING предлагает своим заказчикам системы, которые были разработаны и испытаны согласно индивидуальным требованиям. Интеграция оптических соединений в быстросъемный соединитель дополнительно ускоряет, упрощает и удешевляет техническое обслуживание плат контроллеров.
Благодаря применению высокоэффективных элементов для приема, эта система поддерживает скорость передачи данных до 50 Мбит/с, которая, как правило, не требуется. Предусмотрена поддержка входного напряжения 3,3 В и 5 В.
На текущем этапе развития новые соединения DIN устанавливаются только на платах контроллеров. БТИЗ-платы приводов пока остаются без изменений для простого внедрения новой системы. Такой поэтапный подход не требует замены сразу всех компонентов. Но используемый принцип в будущем можно применять не только для платы контроллера, но и для БТИЗ-платы привода, что позволит реализовать двунаправленное оптическое соединение и передачу электропитания в компактном корпусе D-sub. В результате, будет создан двунаправленный активный оптический кабель для БТИЗ-управления. Таким образом, прочное и удобное решение для железнодорожного сектора впоследствии может быть адаптировано для другого промышленного применения.
Бюро труда и зарплаты (БТиЗ)
1) Составляет и внедряет технически обоснованные нормы на основе нормативов, рациональной организации труда и передовых методов работы.
2) Устанавливает норму времени на основе хронометражных материалов и опытно-статистических данных на работы, не охваченные нормативами.
3) Доводит своевременно до рабочих установленные нормы времени.
4) Пересматривает действующие нормы и расценки с целью обеспечения заданий по производительности труда, трудоемкости и уровню заработной платы.
5) Проводит тарификацию работ в соответствии с действующими тарифно-квалификационными справочниками.
6) Анализирует выполнение норм выработки по цеху (отделу) участкам, рабочим и изделиям.
7) Систематизирует нормы по изделиям, видам обработки, разрядам, профессиям.
8) Устанавливает доплаты за дополнительные работы, не предусмотренные технологическим процессам.
9) Разрабатывает совместно с руководителем цеха, мастерами, передовыми рабочими мероприятия, имеющие целью сократить или ликвидировать простои и непроизводительную работу.
10) Систематически изучает и анализирует передовые методы и приемы работы передовиков производства и разрабатывает совместно с соответствующими работниками мероприятия по распространению передового опыта и повышению производительности труда всех рабочих до уровня передовых.
11) Участвует в разработке и внедрении в производство организационно-технических мероприятий с целью повышения производительности труда, обеспечивающей выполнение заданий по трудоемкости и выпуску продукции.
12) Разрабатывает новые системы оплаты труда, имеющие целью повышение производительности труда, улучшение качества продукции, уменьшение ее себестоимости.
13) Систематически изучает заработную плату отдельных групп рабочих с целью устранения уравниловки в заработной плате, недопущения перерасхода фондов по заработной плате.
14) Контролирует применение сверхурочных работ оплату простоев, брака.
15) Участвует в составлении графика очередности отпусков в соответствии с действующими решениями.
16) Подготавливает материалы на утверждение премии работникам цеха.
17) Участвует в подведении итогов соревнования.
Описание функций служащих аппарата управления цехом
Экономист цехового ПЭБ
— Осуществляет контроль за применением старшими экономистами цехов действующих методик при внутризаводском и внутрицеховом планировании производственно-хозяйственной деятельности.
— Разрабатывает для цехов отдельные нормативы и анализирует нормативы разработанные другими службами завода.
— Осуществляет контроль над правильностью применения нормативов на все виды затрат, необходимые для выполнения заданий по изготовлению продукции.
— Принимает меры по своевременному поступлению от закрепленных цехов в отдел системной отчетности.
— Осуществляет анализ производственно-хозяйственной деятельности цеха и подтверждает достоверность технико-экономической производственно-хозяйственной деятельности.
— Производит запись основных технико-экономических показателей за месяц и с нарастающим итогом с начала года.
— Осуществляет контроль за проведением цехами балансовых комиссий и при необходимости принимает участие в их проведении. Периодически проверяет правильность наборов расхода материальных, трудовых и других затрат на изделия в комплектации принятой в отпускной цене.
— Готовит исходные данные для разработки оптовых цен цехам завода. Готовит аналитический материал о производственной хозяйственной деятельности цехов для руководства завода, партийной и профсоюзной организаций завода.
— Проверяет расчеты экономической эффективности организационно-технических мероприятий и делает выводы, обеспечивают ли намеченные мероприятия выполнение плановых заданий по объему производства, производительности труда, себестоимости продукции.
— Принимает активное участие в дальнейшем совершенствовании внутризаводского и внутрицехового планирования, в выявлении резервов производства и предлагает мероприятия по их использованию.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.
Методы БТИЗ-управления
Предложен новый компактный вариант решения для управления мощными электрическими приводами на основе биполярных транзисторов с изолированным затвором (БТИЗ).
Проектирование промышленных электроприводов для автоматизированных производственных процессов сложно представить без электродвигателей.
Полупроводниковые элементы БТИЗ применяются для управления мощными электрическими приводами, а для соединения с требуемой изоляцией служат полимерные оптические волокна. Однако это решение характеризуется чувствительностью и требует пространства.
Энергопотребление используемых в технологиях привода электродвигателей может достигать нескольких киловатт и даже мегаватт. При постоянной частоте вращения технология управления достаточно проста. Но часто необходимо регулирование частоты вращения двигателя, что сразу усложняет данную задачу.
Там, где применяются режимы высокой мощности, например, в регуляторах тяги поездов или движительных установках судов, управление частотой вращения выполняется полупроводниковыми БТИЗэлементами. Они обеспечивают переключение высоких нагрузок при очень низкой мощности привода.
Поскольку установленные требования к изоляции и напряжению очень высоки, необходимые для БТИЗуправления сигналы передаются по полимерным оптическим волокнам (POF). В настоящее время необходимо шесть плат привода с БТИЗ для управления фазой 2 трехфазного двигателя. Волоконно-оптические соединения обеспечивают передачу сигналов без помех и соответствующую электрическую изоляцию. В частности, в локомотивах обеспечивается резервирование БТИЗ, поэтому резервные компоненты могут выполнять функции платы контроллера, и функциональность системы сохраняется в случае сбоя БТИЗ. Такие же возможности гарантированы при двукратном увеличении расстояния оптической передачи. При этом в прошлом для соединения контроллера и платы привода должны были применяться отдельные волокна. Электрооптическое преобразование сигналов выполняют приемо-передатчики на печатной плате, их оптические контакты служат для соединения волокон.
Используемое ранее решение требовало большого пространства для установки всех передающих и принимающих элементов на плате контроллера, что обуславливало слишком большие размеры платы.
Структура и принцип действия БТИЗ
Биполярные транзисторы с изолированным затвором ( БТИЗ)или IGBT-транзисторы
Ниже представлена классификация силовых полупроводниковых элементов по структуре и принципу действия, в которую входят БТИЗ:
У биполярного транзистора (БТ) много преимуществ
Малые габариты и малый вес, позволяющие делать миниатюрные электронные устройства.
Легко автоматизируемый процесс производства
Низкие рабочие напряжения, делающие транзисторы пригодными в схемах, где источниками питания являются батарейки.
. Долгий срок службы (до 30 лет).
Нечувствительность к вибрациям.
Возможность построения интегральных схем из множества транзисторов.
Немного повторения
Рассмотрим некоторые процессы, протекающие внутри БТ, так как их понимание важно для успешного освоения материала, связанного с БТИЗ.
БТ содержит два p-n перехода. Между p-областью и n-областью происходит диффузия: электроны из n-области переходят в p-область, a дырки из p-области переходят в n-область. В результате создаётся электрический ток, имеющий электронную и дырочную составляющие.
Рассмотрев свойства p—n переходов, перейдём к вопросу о том, почему БТ не подходит для использования в некоторых устройствах.
Недостатки БТ
Невысокая скорость коммутации. Из-за значительной величины времени запирания БТ не могут переключаться с частотой более 10 кГц.
Возможность теплового пробоя при отсутствии ограничения тока коллектора. Такое возможно и без предварительного электрического пробоя.
Наличие токового «хвоста» при запирании: ток не спадает мгновенно после закрытия транзистора (ток коллектора не спадает мгновенно после снятия тока управления);
Чувствительность к температуре
Помимо всего прочего, биполярный транзистор, как и все силовые полупроводниковые приборы характеризуется предельными параметрами, значение которых не рекомендуется превышать.
максимальная мощность рассеяния.
В 50-е годы XX века началось активное развитие технологий создания полевых транзисторов (ПТ). Сначала широкое распространение получили ПТ с управляющим p-n переходом. В 60-х годах появились (ПТ) с изолированным затвором (ПТИЗ). или (MOSFET)/
Ниже представлены условные обозначения разных типов полевых транзисторов.
Стрелка на условном обозначении указывает направление от слоя p к слою n.
В ПТИЗ со встроенным каналом при нулевом напряжении затвор-исток под затвором уже существует специальный инверсный слой, получаемый ионным легированием. Таким образом, проводящий канал сток-исток изначально открыт и управляется напряжением, подаваемым на затвор.
ПТИЗ обладает следующими достоинствами по сравнению с БТ:
Скорость выключения ПТИЗ выше, чем у БТ. В базу БТ, в процессе его работы, инжектируются неосновные носители заряда. До того как истечёт время рассасывания этих зарядов транзистор остаётся в открытом состоянии и коллекторный ток сохраняется. После рассасывания неосновных носителей заряда, начинают спадать ток базы и ток коллектора. Для ускорения запирания биполярного транзистора к его базе может быть приложено обратное напряжение, что, однако, усложняет схему.
Параметры ПТИЗ меньше зависят от температуры, чем параметры БТ.
Благодаря использованию многоячеистых интегральных схем в ПТИЗ удаётся значительно снизить пороговое напряжение для преодоления потенциального барьера (контактного поля, о котором говорилось выше) p-n перехода и переключения транзистора в рабочий режим.
Несмотря на наличие недостатков, технологии, используемые при создании ПТИЗ продолжают развиваться.].
Появление БТИЗ
Далее представлены условные графические обозначения БТИЗ, используемые на принципиальных схемах различными разработчиками электронных устройств (подробнее см. [TakesuyeDeuty1995]):
К 2010 году уже появились шесть поколений БТИЗ. Рабочие показатели БТИЗ с переходом от поколения к поколению меняются следующим образом
увеличивается коммутируемое напряжение;
растут допустимые токи для БТИЗ в модульном исполнении;
увеличивается частота коммутации (время включения/выключения уменьшается);
у меньшается прямое падение напряжения на приборе.
Структура и принцип действия БТИЗ
Классический БТИЗ представляет собой дополненный ещё одним p—n переходом мощный ПТИЗ (Power MOSFET) с вертикальной структурой.
Дополнительный p—n переход инжектирует дырки в нижний слой n—типа. Таким образом, значительно снижается сопротивление этого слоя: напряжение коллектор—эмиттер становится много меньше по сравнению с тем, что имеет место в мощном ПТИЗ. В этом и заключается главное преимущество БТИЗ над мощным ПТИЗ.
Дата добавления: 2015-12-16 ; просмотров: 1254 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Бтиз на заводе что такое
1. Общие сведения о БТИЗ
Биполярный транзистор с изолированным затвором (БТИЗ) – по-английски «insulated gate bipolar transistor» или сокращённо IGBT – это компонент, управление которым, как полевым транзистором, осуществляют напряжением, а протекание тока по силовым выводам коллектора и эмиттера обусловлено, как у биполярного транзистора, движением носителей зарядов обоих типов. В едином технологическом цикле в полупроводнике организуют структуры мощного биполярного p-n-p транзистора, которым управляет МОП-транзистор малой мощности, имеющий n-канал. Выводы БТИЗ носят названия затвора, коллектора и эмиттера.
Достоинства: возможность коммутации токов в тысячи ампер и допустимость прикладывания постоянного напряжения коллектор-эмиттер в несколько киловольт к запертому транзистору. Если напряжение коллектор-эмиттер запертого БТИЗ превышает приблизительно 600В, то падающее на выводах коллектор-эмиттер открытого БТИЗ напряжение насыщения обычно меньше по сравнению с полевыми транзисторами той же ценовой группы.
Недостатки: даже наименее инерционные БТИЗ предназначены для функционирования на много более низкой частоте, нежели полевые транзисторы, причём чем выше частота, тем ниже максимально допустимая амплитуда тока коллектора транзистора. При этом БТИЗ по частотным свойствам подразделяют на группы. При изготовлении БТИЗ помимо необходимого биполярного p-n-p транзистора возникает ещё и паразитный биполярный n-p-n транзистор, и они совместно образуют структуру тиристора. Это отражено на эквивалентной схеме БТИЗ, изображённой на рис. 1, где компонент VT2 – это паразитный транзистор.
При высокой скорости переключения компонента или при протекании по выводам коллектор-эмиттер короткого импульса тока большой амплитуды и прочего структура тиристора в БТИЗ может самопроизвольно перейти в открытое состояние. При этом БТИЗ теряет управляемость, и транзистор, как и устройство, в котором он работал, могут выйти из строя.
Прикладывая отпирающее напряжение к выводам затвор-эмиттер, БТИЗ из отсечки переводят в состояние насыщения, сопротивление коллектор-эмиттер падает, и по этим выводам течёт ток нагрузки. Если напряжение затвор-эмиттер отсутствует, то транзистор имеет состояние отсечки, в котором ток через выводы коллектор-эмиттер практически отсутствует. Таким образом, БТИЗ – это полностью управляемые компоненты. Современные силовые модули БТИЗ выдерживают прямой ток коллектора силой до 1,8 кА, напряжение коллектор-эмиттер в закрытом состоянии до 4,5 кВ. БТИЗ обычно используют в качестве электронных ключей в импульсных преобразователях, например, инверторных сварочных аппаратов, в системах управления электродвигателями и т.д.
2. Конструкция и принцип действия БТИЗ
Простейшая структура БТИЗ планарного исполнения отражена на рис. 2.
Из рисунка видно, что на металлическом основании, к которому присоединён вывод коллектора, расположена подложка p+, а на ней находятся два n-слоя. Эти слои понижают коэффициент усиления p-n-p структуры мощного биполярного транзистора. Ближайший к подложке n+-слой необходим для снижения вероятности самопроизвольного отпирания тиристорной структуры. Более удалённый от подложки n–-слой претворяют в жизнь эпитаксиальным наращиванием или другими способами. Подложка p+ играет роль эмиттера биполярного p-n-p транзистора, область n–-слоя – его базы, а область p-типа, к которой подключают вывод эмиттера БТИЗ, – его коллектора. Над n–-слоем расположена p-область, которая выполняет функцию канала управляющего МОП-транзистора, затвор которого выполнен из поликристаллического кремния и изолирован от полупроводника эмиттерной области слоем оксида SiO2. В этой канальной p-области размещены n+-зоны, которые выступают в качестве стока МОП-транзистора, а его истоком служит n–-область. Затвор структуры МОП-транзистора соединён с выводом затвора БТИЗ.
Если на затвор БТИЗ относительно эмиттера подать напряжение положительной полярности, отпирающее компонент, то это приведёт вначале к открыванию под воздействием электрического поля структуры МОП-транзистора и инжекции электронов в её канал. В результате возникает инжекция носителей заряда в n–-слой, служащий базой структуры биполярного p-n-p транзистора, которая переходит в состояние насыщения. Таким образом, вначале происходит отпирание структуры МОП-транзистора, а лишь затем структуры биполярного p-n-p транзистора. Сопротивление коллектор-эмиттер открытого БТИЗ имеет очень малую величину, а по выводу коллектора компонента течёт ток нагрузки.
Если убрать поданное ранее отпирающее напряжение на выводы затвор-эмиттер БТИЗ, то канал в структуре МОП-транзистора исчезает, в n–-слое происходит снижение концентрации носителей зарядов ввиду рекомбинации. Рекомбинация – процесс не мгновенный; пока она идет, транзистор не закрыт. Лишь по завершении рекомбинации БТИЗ переходит в состояние отсечки.
3. Основные параметры БТИЗ
К наиболее важным параметрам IGBT относят следующее:
Длительность включения и выключения транзистора, мкс.
Ёмкости затвор-эмиттер, коллектор-эмиттер и затвор-коллектор при заданном напряжении коллектор-эмиттер, нФ.
Заряд затвора транзистора, нКл.
Максимально допустимую температуру нагрева кристалла транзистора, °C.
Максимальную мощность рассеяния, Вт.
Напряжение насыщения, т.е. напряжение между выводами коллектор-эмиттер открытого транзистора, В.
Предельно допустимый импульсный ток коллектора при температуре 25 °C, А.
Предельно допустимый постоянный ток коллектора при температуре 25 °C, А.
Предельную скорость нарастания напряжения, не приводящую к самопроизвольному открыванию транзистора, dU / dt.
Тепловое сопротивление переход-корпус, °C / Вт.
Энергии включения, выключения и переключения, мДж.