Генерации рекомбинации

Синхронные машины. Широкое, распространение получили на предприятиях различных отраслей промышленности. Они применяются для привода механизмов с длительным режимом работы — насосов, вентиляторов, компрессоров, дробилок и др. Такие двигатели выпускаются заводами с номинальным опережающим коэффициентом мощности, равным 0,9, и могут длительно работать в режиме генерации реактивной мощности. Техническая возможность использования синхронного электродвигателя в качестве источника реактивной мощ-

генерации реактивной мощности. В последнем случае осуществляется зажигание очередного главного вентиля в такой промежуток времени, в котором напряжение Ud, приложенное к этому вентилю со стороны сети, имеет отрицательное значение. Для этого в схему кратковременно вводится предварительно заряженный конденсатор 9, поднимающий напряжение на аноде очередного вентиля до значения, необходимого для работы вентиля. Конденсатор включается в схему с помощью одного из вспомогательных вентилей (/' — 6'). Вследствие относительной малости времени, в течение которого этот конденсатор включается в цепь, и времени, необходимого для зажигания очередного главного вентиля, требуемая мощность конденсаторной батареи оказывается значительно меньше мощности всего устройства.

б) потери реактивной мощности достаточно велики, однако реактивная мощность в начале линии несколько меньше, чем в конце (Qi
«не хватило» реактивной мощности — характеристика Qr2 = f(U) генерации реактивной мощности (кривая Qr2 на 4.5, б не пересеклась с характеристикой QH);

Синхронные машины, Синхронные компенсаторы являются синхронными двигателями облегченной конструкции без нагрузки на валу. Они могут работать как в режиме генерации реактивной мощности (при перевозбуждении компенсатора), так и в режиме ее потребления (при недовозбуждении). Изменение генерируемой или потребляемой реактивной мощности компенсатора осуществляется регулированием его возбуждения.

К недостаткам синхронных компенсаторов следует отнести удорожание и усложнение эксплуатации (по сравнению, например, с конденсаторными батареями) и значительный шум во время работы. Положительными свойствами синхронных компенсаторов как источников реактивной мощности являются возможность плавного и автоматического регулирования, независимость генерации реактивной мощности от напряжения на их шинах, достаточная термическая и динамическая стойкость обмоток компенсаторов во время к. з., возможность восстановления поврежденных синхронных компенсаторов путем проведения ремонтных работ.

Пусть баланс и генерации реактивной мощности первоначально устанавливаются в точке а пересечения характеристик I и I. При росте нагрузки QK (кривая 3) пересечение характеристик произойдет в точке б, напряжение понизится на AU3. Устройством РПН трансформатора Т можно характеристику / перевести в положение II, точку пересечения —

ной мощности и тем самым способствуют устранению дефицита реактивной мощности, вызванного понижением напряжения. На 11.1 приведены статические характеристики располагаемой к генерации реактивной мощности Q для одного из синхронных двигателей, построенные в относительных еди- 0,55 0,9 0,95 1,0 Г,05У,откед.

При глубоких (аварийных) снижениях напряжения у синхронных машин происходит автоматическая форсировка возбуждения, приводящая к существенному увеличению генерации реактивной мощности.

Синхронные компенсаторы применяются для генерации реактивной мощности в значительных количествах (50 Мвар и более) в сетях электрических систем и редко — в системах электроснабжения промышленных предприятий. Расчетные затраты на генерацию реактивной мощности синхронным компенсатором можно выразить в виде квадратичной функции реактивной мощности.

а) для генерации реактивной мощности в узлах сети — поперечной компенсации (шунтовые БК);

Концентрация носителей заряда в элементарном объеме полупроводника изменяется в результате генерации и рекомбинации носителей, а также из-за различия величин токов, втекающих и вытекающих из данного объема. Как отмечалось в § 1.8, движение носителей заряда обусловлено двумя процессами: диффузией и дрейфом. Следовательно, общее количество носителей в данном объеме полупроводника определяется непрерывными физическими процессами, протекающими в нем: генерацией, рекомбинацией, диффузией и дрейфом носителей.

Левая часть уравнения определяет полное изменение количества носителей заряда, которое зависит от процессов генерации, рекомбинации, диффузии и дрейфа. Полное изменение числа носителей равно алгебраической сумме всех частных изменений:

где Дц Д2 — изменения количества носителей, определяемые соответственно процессами генерации и рекомбинации; Дз—изменение количества носителей, определяемое их диффузией и дрейфом.

Генерация пар носителей заряда и рекомбинация происходят одновременно. Поэтому в полупроводнике устанавливается динамическое равновесие, определяющее равновесную концентрацию электронов и дырок. Скорость генерации иген равна скорости рекомбинации г;рек:

где nt — количество свободных электронов в 1 см3 собственного полупроводника; и0 — коэффициент, учитывающий тип полупроводникового вещества (и0==5-1019 см~3 для Ge; 2-1020см~3 для Si); k — постоянная Больцмана; Т—абсолютная температура, К. Процесс генерации — рекомбинации носителей зарядов в полупроводнике имеет вероятностный характер и описывается статистикой Ферми — Дирака. Согласно статистике Ферми — Дирака вероятность того, что состояние с энергией W при данной температуре Т будет занято электроном, выражается функцией

мени (правая часть уравнения) с изменением п в этом объеме за счет протекания тока электронов (первый член левой части), а также за счет генерации 0„ или рекомбинации Rn электронов. Величина Rn называется темпом (скоростью) рекомбинации электронов и определяется уменьшением концентрации электронов в элементарном объеме в единицу времени вследствие рекомбинации. Темп генерации определяется увеличением концентрации электронов за счет теплового, ударного, оптического и других механизмов генерации. В условиях термодинамического равновесия рекомбинация электронов полностью уравновешивает их тепловую генерацию, поэтому Rn — Gn. Если нет ударной и оптической генерации, то генерация электронов возможна только за счет тепловой энергии. В этом случае можно говорить о результирующем эффекте генерации — рекомбинации, введя обозначение RG = R,, — Gn.

Из многих известных механизмов рекомбинации в кремнии и германии доминирующим является механизм рекомбинации носителей заряда через ловушки. Ловушками (центрами рекомбинации) могут служить атомы ряда элементов таблицы Д. И. Менделеева (золото, платина, медь, серебро и др.), дефекты кристаллической решетки. Ловушки, как правило, создают ряд уровней в запрещенной зоне полупроводника, однако наиболее эффективен с точки зрения рекомбинации один из уровней, который наиболее близок к середине запрещенной зоны. В модели рекомбинации, учитывающей процессы рекомбинации носителей заряда через ловушки, имеющие один-единственный энергетический уровень QI в запрещенной зоне (модель Шокли-Рида-Холла), темп генерации — рекомбинации носителей заряда определяется выражением:

В сильнолегированном «-"--слое при низком уровне ин-жекции (ДрСяо^Л/в) выражение для темпа генерации-рекомбинации можно упростить:

Из рассмотрения идеализированной теории транзистора следует, что коэффициент передачи тока при низком уровне инжекции не зависит от тока эмиттера. Однако реально такая зависимость существует. Для ее объяснения необходимо пересмотреть допущение об отсутствии процессов генерации-рекомбинации носителей заряда в ОПЗ эмиттер-ного перехода. При наличии этих процессов часть электронов, инжектированных эмиттером п-р-п транзистора, гибнет за счет рекомбинации в ОПЗ эмиттера, в результате коэффициент инжекции уменьшается. Ток генерации-рекомбинации при прямом смещении эмнттерного р-п перехода /дйэ определяется выражением (1.120а), а полный ток эмиттера — выражением (1.1206), где надо заменить /s на ГЭ1]. С учетом тока /+,э коэффициент инжекции

где /эр — ток дырок, инжектированных из р-базы в /г+-эмиттер (/ЭР
Аналогичным образом определяется связь процессов генерации, рекомбинации и накопления носителей заряда с концентрацией на внеш-