"Основы преобразовательной техники" (стр. 16 )

;

- круговая частота питающей сети ; - фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора; - коэффициент запаса, , где – максимальное мгновенное напряжение, которое не должно превосходить значения допустимого неповторяющегося напряжения на вентиль, – максимальное расчетное обратное напряжение на вентиле в конкретной схеме;

,

где – индуктивность фазы трансформатора.

После определения расчетных значений емкости и сопротивлений необходимо произвести их выбор по каталогу из диапазона номинальных значений [1-3]

2. Защита тиристоров

Проект защиты должен учитывать последствия, к которым может привести та или иная неисправность. Чтобы не прерывать технологический процесс, иногда необходимо снизить уровень защиты для вспомогательных устройств, например при перегрузках можно предусмотреть не отключение, а лишь подачу предупредительного сигнала. Важные вспомогательные устройства нужно резервировать.

Одним из многих преимуществ тиристоров являются их малые габариты. Однако небольшая масса и размеры поверхности обусловливают малую постоянную времени нагрева и ухудшение условий теплоотдачи. Тепловая чувствительность тиристоров возлагает большую ответственность на средства их защиты. Ниже описываются наиболее типичные аварийные режимы и соответствующие способы защиты тиристоров.

Ограничение

В момент подачи управляющего импульса при прямом напряжении на тиристоре анодный ток начинает протекать через переход в непосредственной близости от вывода управляющего электрода, и лишь затем он распространяется по всей площади перехода. При большой скорости нарастания анодного тока вследствие высокой его плотности вблизи управляющего электрода возникают очаги перегрева, которые могут привести к выходу прибора из строя. Поэтому при включении тиристора производную анодного тока следует ограничивать некоторым допустимым значением, для этой цели могут быть использованы небольшие реакторы в анодной цепи. Предельное значение производной тока () лежит в пределах (20...1500) А/мкс.

Ограничение

Если скорость изменения напряжения на тиристоре высока, ток может достигнуть значения, достаточного для включения тиристора без управляющего импульса. Эффект включения под воздействием приводит к сбоям в работе преобразователя.

Допустимая скорость изменения анодного напряжения составляет обычно (20...1000) В/мкс. Для защиты тиристора от непреднамеренного включения при больших в простейшем случае применяется шунтирующая RC-цепочка (RШ, СШ), включаемая параллельно тиристору. Пример обозначения по ГОСТ 20859-75 тиристора: Т160-10-453 - низкочастотный тиристор на предельный ток 160 А, повторяющееся напряжение 1000 В (10 класс), скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии 200 В/мкс (4 группа), время выключения 60 мкс (5 группа), критическая скорость нарастания тока в открытом состоянии 50 А/мкс (3 группа).

Пример определения параметров защитных элементов.

Для регулирования мощности, выделяемой в резисторе , используется тиристор , как показано на рис.4.1,а. Напряжение питания 400 В, а допустимые значения и равны 50 А/мкс и 200 В/мкс соответственно. Требуется определить параметры защитных элементов: индуктивность реактора и -цепи (, ).

Рис.2. Ограничение и : а - схема цепи; б - эквивалентная схема при замыкании ключа

Решение.

Напряжение на конденсаторе не может измениться мгновенно. Более того, тиристор в зоне низкой проводимости имеет большое внутреннее сопротивление. Поэтому при замыкании ключа цепь нагрузки может быть представлена эквивалентной схемой рис.2,б. Уравнение напряжений имеет вид

,

откуда

,

где - сопротивление резистора в шунтирующей цепи. Как следует из последнего выражения, имеет максимальное значение при , поэтому

Следовательно,

мкГн.

Напряжение на тиристоре - . Дифференцируя это выражение по времени, получаем

,

или

,

поэтому имеем

.

Таким образом,

Ом.

Если мало, то потери энергии в нем высоки. Обращаясь к схеме на рис.2,а, можно видеть, что при включении ключа все напряжение питания до открытия тиристора прикладывается к конденсатору , поэтому при открытии тиристора в нем происходит бросок тока с тем большим пиковым значением, чем меньше . Таким образом, достаточное с точки зрения ограничения тока значение RШ может быть слишком большим для ограничения . Емкость выбирается небольшой, чтобы не вывести тиристор из строя в момент разряда при его открытии. Например, , . При таком значении сопротивления может быть найдена индуктивность реактора , при которой не превышает допустимого значения:

.

Полученная индуктивность не слишком велика и превышает найденное выше максимальное значение, необходимое для ограничения .

Теплоотвод

В открытом состоянии тиристор имеет небольшое внутреннее сопротивление, при этом падение напряжения на нем составляет 1-2 В, что при большом анодном токе приводит к значительным тепловым потерям, способным вызвать разрушение прибора, поэтому тиристоры всегда устанавливаются на радиаторы, способствующие отводу теплоты от тиристора и передаче его в атмосферу.

Обычно максимально допустимый средний ток в открытом состоянии при естественном охлаждении тиристоров с радиатором составляет около 30 % от предельного тока выбранного тиристора. При принудительном охлаждении максимально допустимый ток повышается и зависит от скорости охлаждающего воздуха в межреберном пространстве радиатора, при 6 м/с - до 70 % от предельного тока тиристора. Уточненные сведения можно получить в справочниках и каталогах на тиристоры и охладители к ним..