В звезду.

ет определенного значения. Это значение нормируется в более подробных каталогах или справочниках некото­рых фирм изготовителей (например, фирм Siemens и ВВС) [41]. Если такое значение не указывается, оно может быть принято между 20 и 50 В.

В качестве защиты от перенапряжений, возникаю­щих в сетях, и перенапряжений, возникающих вследст­вие отключения преобразовательного трансформатора, обычно используют RC-котуры, присоединенные на вен­тильной стороне трансформатора (рис. 6.6,а), RC-коту­ры, присоединенные через вспомогательный выпрямитель (рис. 6.6,6) или селеновый ограничитель перенапряже­ния (рис. 6.6,в). Если преобразователь присоединен не­посредственно к сети, без трансформатора, эти защитные элементы должны быть присоединены к главной схеме через дополнительную индуктивность [5, 8].

Из-за наличия емкостных связей между обмотками почти все междуфазное напряжение может появиться на вторичных выводах питающего трансформатора, присо­единяемого к сети. Если трансформатор имеет большой коэффициент трансформации, это может привести к опасным перенапряжениям. Этого можно избежать при помощи шунтирования вторичных выводов трансформа­тора конденсаторами с емкостями, превышающими ем­кости обмоток (рис. 6.7), а также введения заземленного экрана между сетевой и вентильной обмотками транс­форматора [2].

В качестве защиты от коммутационных перенапряже­ний, возникающих вследствие накопления зарядов в по­лупроводниковых приборах, используются ЯС-цепочки, соединенные параллельно с полупроводниковыми при­борами (рис. 6.8). При включении управляемого полу-

Рис. 6.8. Схема защиты RC-це-почкой от перенапряжений, об­условленных накоплением за­ряда в полупроводниковом приборе.

Рис. 6.9. Схемы защиты от перенапряжений последовательно соеди­ненных силовых полупроводниковых приборов.

а) делительная А'С-цепочка; б) делительная цепочка нз селеновых ограничи­телей перенапряжений.

проводникового прибора разрядный ток заряженного конденсатора С вызывает местные потери в полупровод­никовом приборе. Изготовители обычно указывают либо минимальное значение R, необходимое для поддержания разрядного тока в допустимых пределах, либо макси-

мально допустимое значение броска разрядного тока [41,42].

Если эти данные не нормированы, допускается вы­бирать сопротивление R в омах численно равным от 0,02 до 0,1 наибольшего прямого напряжения на вентиле в вольтах и максимальное значение разрядного тока кон­денсатора от 10 до 50 А для коммутационных конден­саторов обычного типа, присоединенных к тиристорам с допустимым средним значением тока не менее 50 А. Нижние значения сопротивлений и верхние значения бросков тока относятся к высокочастотным тиристорам.

В установившемся режиме различия в вольт-ампер­ных характеристиках приводят к неравномерному деле­нию напряжения по последовательно соединенным сило­вым полупроводниковым приборам. В переходном со­стоянии деление напряжения может быть неравномер­ным даже при одинаковых вольт-амперных характери­стиках. Асимметрия вызывается разницей в запасенных зарядах при выключении полупроводниковых вентилей и разбросом времени включения при включении управ­ляемых вентилей. Защита от перенапряжений последо­вательно соединенных вентилей может осуществляться с помощью /?С-цепочек, как показано на рис. 6.9,а, или селеновых ограничителей перенапряжений, как показано на рис. 6.9,6 [5, 8]. В схеме, показанной на рис. 6.9,а, омический делитель работает в установившемся режиме, а делитель с /?С-цепочкой осуществляет деление напря­жения во время переходных процессов (поскольку схема коммутации содержит и индуктивность). /?С-цепочки одновременно служат для ограничения скорости нара­стания прямого напряжения. Селеновый ограничитель перенапряжений, показанный на рис. 6.9,6, ограничива­ет перенапряжения как в установившемся режиме, так и при переходных процессах.

В преобразователях с естественной коммутацией, ра­ботающих в режиме прерывистой проводимости, RC-ixe-почки, присоединенные параллельно полупроводниковым приборам, недостаточно демпфируют перенапряжения, так как после окончания интервала проводимости в цепь переходного процесса оказывается включенным высоко­индуктивный сглаживающий реактор. Возникающие вследствие этого перенапряжения могут быть снижены, например, при помощи /?С-цепочки, присоединенной к выводам преобразователя и образующей вместе со

ш

сглаживающим реактором цепь с хорошим демпфирова­нием (рис. 6.10).

О

100 50

20 10

1

\

\

h

V

\

#

\Crwn к*

-—■ -пике

я,

Ш

н

—

ч

пределение параметров элементов R и С аналити­ческим способом в принципе не представляет трудно­стей, но требует довольно сложных вычислений. Поэто­му, для того чтобы упрос­тить вычисление парамет­ров, были подготовлены графики, максимально об­легчающие расчеты [2, 5, 8р. Эти графики приведены ни­же.

Г

0,5

Рис. 6.10. Присоединение RC-цепочки к выводам постоянно­го тока преобразователя с естественной коммутацией с целью защиты от перенапря­жений в режиме прерывистой проводимости.

рафики, представлен­ные на рис. 6.11, помогают определить параметры RC-цепочки, показанной на рис. 6.8 и служащей для демп-

Рис. 6.11. Диаграммы для рас­чета ЯС-цепочек, защищающих от. коммутационных перенапря­жений. Зависимости минималь­ной относительной емкости и допустимого диапазона относи­тельных сопротивлений от ко­эффициента перенапряжений.

фирования коммутационных перенапряжений. С исполь­зованием этих графиков параметры могут быть опреде­лены следующим образом.

Зная номинальное обратное повторяющееся напря­жение вентиля и коэффициент запаса 6, можно опреде­лить допустимое обратное напряжение:

Vo6p.vm= —Т~^щ (^6Л)

Зная максимальное мгновенное значение обратного напряжения £/₀бр ^без учета перенапряжения, можно оп­ределить коэффициент перенапряжения:

^обо.доп

На рис. 6.11 в зависимости от этого коэффициента даются в относительных единицах наименьшее значение емкости С*мин и наименьшее /?*мин и наибольшее /?'*_Макс значения сопротивления. Для значений di/dt при комму­тации и тока, протекавшего до коммутации, по характе­ристике полупроводникового прибора (взятой из ката­лога) можно определить накопленный заряд Q.

Для расчетного значения индуктивности контура ком­мутации U расчетные значения емкости С и сопротив­ления R' можно выразить следующим образом:

^'мин ~ £*мин П~Г "> №' 3)

*j/^P<#<r*j№F' (6-4)

Соотношения между индуктивностью L на фазу, со­противлением резистора R, емкостью С конденсатора и расчетными значениями L', ./?', С для различных преоб­разователей приведены в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Соотношения между фактическими (L, R, С) и расчетными (Z/_f R^r, С) значениями индуктивности коммутации, сопротивле­ния и емкости демпфирующей цепи

•Тип преобразователя

1Ф1Н2П	1Ф2Н2П	ЗФШЗП	ЗФ2Н6П
L' ■= 2L Rr — R	U = L	V = 2L R' = R	U = 2L 3
С = С	С' = 2С	О — С

При определении численного значения R сопротивле­ния резистора следует помнить, что при включении ти­ристоров ток разряда конденсатора ограничивается этим резистором.

На рис. 6.12 показаны графики для определения па­раметров /?С-контура, обеспечивающих защиту от пере­напряжений при отключении ненагруженного трансфор­матора (см. рис. 6.6).

Отключение трансформатора — процесс не периоди­ческий, поэтому допустимое напряжение на полупровод-

нйковых приборах определяется номинальным неповторяющимся напряжением. Коэффициент пере­напряжения при коэффициенте запаса

(6-5)

(6.6)

будет равен:

и "доя

А	Г		С*
)	р*	кс У
		пмин К \
/

W = — L Р -

\

jj. макс

t. макс 2 V- 24* макс"

L I^s -

|х р\>. макс

р р. макс Р .

/ s

ру- макс Р

(6.7а)

(6.76)

Минимальная емкость демпфирующего конденсатора для однофазной схемы равна:

2

с/²

U7

/-» м. макс

мин

С*.

(6.8)

Допустимый диапазон сопротивления для однофазной схемы

Р* ^макс <- г> ^ Ш ^ямакс /с Q\

" мин / - /\ л. макс / • V^й *Ч;/

д sji.Mai<c s цмакс

В трехфазных преобразователях емкость каждого конденсатора при соединении демпфирующих элементов в треугольник равна 0,67 значения, полученного по фор­муле (6.8), а активное сопротивление должно быть уве­личено в полтора раза по сравнению со значением, по­лученным по формуле (6.9).

15* 227

Определение параметров схем защиты для силовых полупроводниковых приборов проиллюстрировано ниже при решении нескольких задач.

6.2. ЗАДАЧИ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПАРАМЕТРОВ СХЕМ ЗАЩИТЫ

Задача 6.1. Неуправляемый выпрямитель со схемой соедине­ний 1Ф1Н2П питает нагрузку, состоящую из активного сопротивле­ния (рис. 6.13). Напряжение на нагрузке Ud=60 В, ток /^260 А. Можно считать, что сеть имеет неограниченную мощность при на­пряжении £/_р=220 В.

Преобразователь должен выдерживать перегрузку /а_Маис= =700 А длительностью I с без повреждения элементов при условии, что за перегрузкой следует бестоковая пауза до тех пор, пока эле­менты не охладятся.

_*(Ж

tot

Рис. 6.14. Прямые вольт-амперные характеристики (сплошные линии) и результирующая двух экстремальных характеристик (пунктирная линия) диодов типа D-250.

1 — минимальная характеристика; 2 — ти­повая характеристика; 3 — максимальная характеристика.

Для создания преобразователя используются диоды типа D250 [40J. Их технические данные: номинальный ток при установке дио­да на теплоотводящий радиатор /_Ном=70 А (естественное охлажде­нии) и /_Ном=160 А (принудительное охлаждение при скорости по­тока воздуха 6 м/с); допустимое обратное повторяющееся напряже­ние С/обр.и=400 В. Прямая вольт-амперная характеристика диода

приведена иа рис. 6.14, а его перегрузочные характеристики пока­заны на рис. 6.15,а, б.

Определить число элементов, необходимое для построения пре­образователя при естественном охлаждении и при принудительном.

Какие активные сопротивления нужно включить в ветви парал­лельно соединенных диодов, чтобы обеспечить надежную работу, если подбор диодов по индивидуальным характеристикам невоз­можен?

Решение. Характерные кривые токов и напряжений преобра­зователя показаны на рис. 6.13. Фазное напряжение вентильной обмотки; равно:

Vs:=2Yf^{Vd==U 1Ь60=66}'^{6 в}-

Наибольшее значение обратного повторяющегося напряжения, проявляющегося на диоде, равно:

^обр.макс " 2/2?Л 2 /Г-66.6 = 188,4 В. Коэффициент запаса

^обр.макс 188,4

Для правильного выбора схемы защиты от перенапряжений до­статочен коэффициент запаса в пределах от 1,5 до 2,5 в зависимости от перенапряжений, возникающих в сетях. Поэтому в рассматривае­мом случае последовательное соединение диодов не требуется. Сред­нее значение тока в плече с диодами

/д,_ср=/_д2Ср=/й/2=260/2= 130 А.

При перегрузке

/д1ср=/_Д2ср=700/2=350 А. Естественное воздушное охлаждение. Поскольку /д!ср>/ном, одного диода в плече недостаточно. Число параллельно соединенных диодов должно быть равно:

л>/д1ср//ном= 130/70= 1,86,

т. е. я=2.

Максимальное значение выпрямленного тока /<*макс=1Л1 260 ]/Т= 406 А.

По условию задачи нет возможности подбирать диоды с одина­ковыми вольт-амперными характеристиками. Поэтому наихудший возможный вариант — это когда характеристики двух параллельно соединенных элементов имеют наибольшие различия. В этом случае максимальное значение тока нагрузки при напряжении диодов, рав­ное 0,83 В, разделится между ними на /дцмакс=300 А и /димавс— = 106 А (см. рис. 6.14). Несимметрия определяется как

д₌₌³⁰^₀~^⁰⁶ = 0,956, т. е. 95,6%.

Допускаемая несимметрия токов равна:

tном (/д1 ср Люм) _

^ЩрШ>^_т. _т._е. ₁₅,_4%.

нагруженного диода составляет предшествующая нагрузка равна:

=70 А, т. е. относительная

с =

Д1 ср

70

70

= 1.

да.

"ML

Д

Рис. 6.16. Резистивиый делитель с одинаковыми резисторами.

ля этого случая, как видно из рис. 6.15,а, при дли­тельности перегрузки t=\ с диоды могут пропускать без повреждения полусииусоидаль-ный ток с максимальным зна­чением /д.макс.доп=700 А. Наименьшее сопротивление, ко­торое должно быть введено для предотвращения перегрузки,

о

_1_

п

700

пределяется с учетом допустимой асимметрии следующим образом:

f

700 = 224 А;

д.макс.догг

ull ср ~ ~ . 1(1 макс

Д12 Ср

Wp = -2--224= 126 А;

Лш макс ~ ^д.макс.доп ~ 700 А, Гдоцпс» 1.П /Г.2.126 = 394 А.

По прямым вольт-амперным характеристикам находим падения напряжения на диодах:

£/_д11=1,14 В; £/_д,2=1,16 В,

откуда

1,16 — 1,14

R ^ 700 — 394" = 0,000065 Ом — 0,065 мОм.

Таким образом, для работы при номинальной нагрузке требует­ся более высокое значение последовательно включенного сопротив­ления (i?=4,38 мОм). Потери мощности в резисторе

р Г2 п ( /дп макс 1 V р f

ди макс*

при номинальной нагрузке

219²

Р^ = ^-4,38.10-³ = 52,3 Вт,

во время перегрузки

700²

Рд< —^—4,38- Ю^-3 =536 Вт.

Имея эти данные, можно определить номинальную мощность резистора, используя тепловые характеристики выбранного типа ре­зистора и зная условия отвода тепла в конструкции преобразо­вателя.

Принудительное охлаждение. В этом случае /дюр</ н, следова­тельно, для постоянной нагрузки достаточно 'иметь один диод в пле­че. В случае перегрузки, следующей за периодом работы при номи­нальной нагрузке (с=1), диоды способны выдерживать в течение 1 с перегрузку полусинусоидальным током с 'максимальным значе­нием /д.макс.доп=1Ю0 А (СМ. рис. 6.15,6), ОТСЮДЭ

/ L I _ 1152 _ qro д ^ ^/д-^макс-^ДОп — я^О А

'д!ср— _п 'д.макс.дол — _л —^{ooz л} >> 9 —

Таким образом, и по условию перегрузки достаточно использо­вать один диод на плечо.

Задача 6.2. Какие резисторы для деления тока должны быть использованы в преобразователе, описанном в задаче 6.1, работаю­щем с естественным охлаждением диодов, если разброс сопротивле­ний резисторов не менее ±5°/о?

Решение. Наихудшим является случай, когда резистор с ак­тивным сопротивлением 0,95Я_Ном соединен последовательно с дио­дом, падение напряжения на котором наименьшее, а резистор с активным сопротивлением 1,05#ио_М соединен последовательно с диодом, падение напряжения на котором наибольшее.

В этом случае уравнение Кирхгофа для контура, образованного парой параллельных ветвей, может быть записано следующим образом?

Urh ~Ь максО,95/?_Ио_М= 6д,2 Н- 7д12 макс' Ь05/?_иОМ,

откуда

^Д12 ^Д11

т. е.

■vbom —

"ом-₀,95/_д11макс-1,05/_д12макс >

0,915 — 0,775 0,95.219— 1,05.187 ^О»⁰*^ Ом=11.7 мОм.

Следовательно, сопротивление должно быть увеличено в 11,7/4,38=2,67 раза. Потери мощности в резисторах увеличиваются в той же пропорции.

При номинальной нагрузке

Рн=139 Вт,

во время перегрузки

Рд<1430 Вт.

Если такие потери не допускаются, например, по условию эффективности работы оборудования, то должно быть соединено па­раллельно более двух диодов в плече.

З

Viir

fin fim

12

цд12

Рис. 6.17. Резистивный де­литель с неодинаковыми ре­зисторами.

адача 6.3. Какие резисторы для деления тока должны быть при­менены в преобразователе, описанном в задаче 6.1, работающем при есте­ственном охлаждении, если из четы­рех имеющихся и испытанных диодов три соответствуют экстремальной прямой характеристике с минималь­ным падением напряжения, а четвер­тый— экстремальной прямой харак­теристике с максимальным падением напряжения?

Решение. Присоединим снача­ла только один резистор последова­тельно с тем диодом, который имеет минимальное прямое напряжение (Дн) и находится в одном плече с диодом, имеющим максимальное прямое напряжение (д12). На рис. 6.17 этому соответствует /?12=0.

Уравнение Кирхгофа для параллельных ветвей будет:

^ди ~\~ максой — ^Д12»

т. е.

т £/д,_г-С/_да= 0.А15-0,775 ₌ „ ^ _{0м= м0м}_ *ди макс

Проверим, остается ли деление тока удовлетворительным при перегрузке. Условие удовлетворительного деления тока состоит в том, что при перегрузке каждый из токов /димакс и /ддадко на­ходится в диапазоне от 394 до 700 А. Воспользовавшись характе­ристикой на рис. 6.14, получим:

если /_дПмакс=700 А и /д,₂маке«394 А,тос/_яп=1,14-}-700'0,64Х Х10-³=1,586 В; £/„,2=1,16 В;

если /_Лцмакс=394 А и /_д,₂макс=700 А, то f/д_п=0,9-|-394 • 0,64X ХЮ"³^ 1,156 В; с/_д12=1,29 В.

Поскольку

1,586>1Д6 В и 1,156<1,29 В,

то каждый из токов находится в указанном диапазоне, т. е. деление тока при перегрузке удовлетворительное.

Таким образом, сопротивления делителя будут:

Ri 1=0,64 мОм;

#12=0.

Следует Отметить, что если не удовлетворяется Одно из указан­ных условий, то необходимо увеличить и Ru, и R& на одну и ту же величину &R.

Потери мощности в номинальном режиме работы равны:

б при перегрузке

ЯП

<

219

0,6441-³ = 7,64 Вт.

700²

• 0,64-10-³ = 78,5 Вт.

Полученные результаты показывают, что при известных индиви­дуальных характеристиках диодов можно подбором резисторов для делителей тока повысить эффективность преобразователя в целом. Недостаток решения состоит в том, что при необходимости замены

какого-либо одного диода по­требуется вновь подбирать ре­зисторы для деления тока. Чтобы замену можно было произвести быстро, в запасе необходимо иметь полный ком­плект диодов и резисторов плеча.

Задача 6.4. Построить трехфазный мостовой управля­емый выпрямитель для пита­ния нагрузки 7d_H=4000 А. Ин­дуктивность нагрузки может считаться бесконечно большой. Преобразователь должен вы­держивать длительные пере­грузки, равные 20%. Тирис­торы типа Т 302 N [40]. Опре­делить число параллельно соединенных тиристоров. Какие токорас-пределительные резисторы должны быть использованы, если допуск на разброс их номинальных сопротивлений равен ±5%? Какое ох­лаждение должно быть применено? Прямые характеристики тири­сторов приведены на рис. 6.18, характеристики потерь мощности — на рис. 6.1.9, а характеристики допустимой нагрузки в зависимости от температуры корпуса тиристора — на рис. 6.20. Потери мощности в токораспределительных резисторах не должны превышать потерь мощности в тиристорах.

Решение. Протекающий через нагрузку постоянный ток не содержит высших гармоник, поэтому ток в любой группе парал­лельно соединенных тиристоров имеет форму прямоугольных импуль­сов с амплитудой 4000 А и шириной 120°, которые повторяются

через интервалы, равные 360°. При условии, что система охлажде­ния поддерживает температуру корпуса тиристора равной или мень­шей t_K=BTC, допустимое среднее значение тока тиристора, как вид­но из рис. 6.20, /_т.ср=280 А. Из рис. 6.19 следует, что при этом токе потери мощности в тиристоре Р_т=470 Вт. Условие удовлетво­рительной работы системы охлаждения состоит в том, что при уда­лении тепла, выделяющегося в тиристоре, температура его корпуса не должна превышать г_к=87°С.

Рис. 6.19. Зависимость потерь мощности в тири­сторе типа Т 302 N от среднего значения перио­дического тока с импуль­сами прямоугольной формы (параметр — угол проводимости).

600 Вт

500

щ

300

zoo

100

Если система охлаждения не обеспечивает такого режима, дол­жен быть снижен ток в тиристорах и соответственно увеличено чис­ло параллельно соединенных тиристоров.

Ток перегрузки равен: /ci= 1,2/tj_н=4800 А.

При повышении сопротивлений токораспределительных резисто­ров деление тока улучшается, но повышаются потери мощности в резисторах, и, таким образом, ухудшается эффективность преобра­зователя. На практике использование мощных резисторов часто ограничивается из-за сложностей в отводе тепла. В рассматривае-

Рис. 6.20. Зависимость допустимого среднего значения периодического тока с импульсами пря­моугольной формы от температуры корпуса ти­ристора типа Т 302 N (параметр — угол прово­димости

мом случае потери мощности в резисторе не должны превысить общих потерь в тиристоре. Мгновенное значение потерь мощности в тиристоре неизменно в интервале проводимости и равно:

^ft-K*_r-.$«D-1410 Вт.

Следует отметить, что общие потери в тиристоре, работающем в преобразователе с естественной коммутацией, практически равны потерям мощности в открытом состоянии. Гипербола, соответствую-

235

щая потерям 1410 Вт (рис. 6.18), пересекает минимальную вольт-амперную характеристику тиристора в точке с параметрами ГЛ= = 1,43 В, /=985 А.

Допустимое максимальное значение тока тиристора в рассмат­риваемом случае равно:

3

360

60

^{'макс — j go 'т.ср. дел— 120^^—-840 А,}

поэтому для тиристора с минимальной вольт-амперпой характери­стикой получим рабочую точку с параметрами {/=1,35 В, /=840 А. В соответствии с этим сопротивление резистора при условии, что потери в резисторе не превышают потерь в тиристоре, должно быть:

R

1,35 840

= 1,605-Ю-³ Ом.

Примем /?=/?ttom±A/?itom=I,5 мОм±5%.

Если п тиристоров соединены параллельно, то в наихудшем случае п—1 тиристоров имеют максимальную вольт-амперную ха­рактеристику и с ними последовательно соединены резисторы с со­противлениями 1,05/?ном, а один тиристор, имеющий минимальную характеристику, соединен последовательно с резистором, сопротив­ление которого равно 0,95/?ном- Даже в этом случае нагрузка этого последнего тиристора не должна превышать допустимой. Исходя из этого условия, можно определить токи тиристоров. От рабочей точ­ки (Ui=l,35 В, /i=840 А) проводим прямую с наклоном 0,95#яом. Ее пересечение с осью абсцисс дает общее напряжение AL/₀ па всех параллельных ветвях.

Проведенная из этой точки прямая с наклоном 1,05/^ном пере­секает максимальную характеристику в точке с ординатой /₂— =650 А, указывающей ток нагрузки каждого из п—4 тиристоров.

Число параллельно соединяемых тиристоров вычисляется по формуле

/i+(«-l)/₂>/d,

откуда

_ tu^h+JA 4800-840 +6501^^

З

А		Мин. j	///
500 1,51т.макс 1т.макс	-	Тип. yf/	/макс.
	-		//
0,5Тт.макс
О	"та	Uwzl	1,5 В

адача 6.5. Управляемый выпрямитель со схемой соедине­ний ЗФ1НЗП работает на нагрузку, состоящую из резистора с со­противлением Rd и реактора с индуктивностью Ld=^oo. Ток нагруз­ки поддерживается регулятором па уровне /d=450 А. Схема имеет по два тиристора типа Т 221 N [40] на фазу, работающих парал­лельно через магнитосвязанный индуктивный делитель (рис. 6.21). Прямые характеристики тиристоров показаны на рис. 6.22. Система охлаждения по­зволяет нагружать каждый тиристор периодическим током, .имеющим форму трапецие-дальных импульсов шириной 120°-f-y (у — угол коммута­ции) при среднем значении то­ка /_т.ср=80 А. Определить не­обходимые параметры дели­теля.

Рис. 6.22. Прямые вольт-амперные характеристики тиристоров типа Т 221 N.

Решение. При рассмот­рении ветви с тиристорами, на­пример, в фазе /, остальная электрическая цепь между точками А и В может быть замещена источником тока с током i(t). Тиристоры можно представить источниками напряжений, равных пороговым на­пряжениям и_та, Uro2, и динамическими сопротивлениями #_Tj, R_Tz, соответствующими котангенсам углов наклона вольт-амперных харак­теристик к оси абсцисс (рис. 6.23,а). Источник напряжения c/_Toi

может быть исключен. В этом случае в ветвь 2 следует включить источник напряжения д£/тс=^то2—^toi (рис. 6.23,6). Если два ти­ристора имеют различные экстремальные характеристики, то из рис. 6.22 получаем:

[/то:=0,71 В; (7x02=0,96 В; Ят1^/?т2-#т=0,98 мОм. Таким образом, в рассматриваемом диапазоне ветвь с тиристо­рами может считаться линейной и поэтому применим принцип на­ложения.

Под действием источника тока (источник напряжения Дс7_т0 исключен, и его выводы соединены между собой) ток делится поровну между тиристорами.

Ток At (0, вызывающий асимметрию, создается источником на­пряжения Ас7_Хо (источник тока исключен, а его выводы разомкну­ты). Дифференциальное уравнение для контура с тиристорами

dAt(t)

Дс/_Т0 = Д*(г).2Я_т+!-^,

где L — общая индуктивность делителя. Начальным условием явля­ется равенство нулю тока Д/_т в момент г=0, когда начинается про­цесс коммутации. Решение дифференциального уравнения:

^{-со - St [i • ¥0].}

Кривые токов представлены на рис. 6.23,в. Допустимое среднее значение тока тиристора 360

/т.ср = Т20 80 = 240 А.

Для надежности лучше ограничить ток 1ц этим значением, т. е.

2л

чтобы в момент времени t = g^-, когда рассматриваемые тиристо­ры начинают коммутировать с тиристорами следующей по порядку фазы, их токи были равны:

t_Tl=240 А;

i_Ts=450—240=210 А.

Отсюда наибольшее допустимое значение контурного тока, вызы­вающего асимметрию, равно:

240 — 210

Al [S^j ^=Д/макс= 2 ^{т 15 а}-

Необходимая индуктивность определяется неравенством

/

Л

4гс/?_т

2Я_Т

*

L +3<о ]\>

Цмакс =^ 2R. откуда

Ш

Дс7 _т0 — Д / _макс • 2R_T

З

и в соответствии с данными задачи получаем: 4.0,98-10-%

о)1п

= 0,106-Ю-³ Гн = 0,105 мГн.

0

0,25— 15-2.0.98-Ю-¹

,25

3-314 In;

Задача 6.6. В преобразователе с естественной коммутацией со схемой соединений ЗФ2Н6П в каждом плече имеется шесть тири­сторов, соединенных параллельно через трансформаторный делитель тока (рис. 6.24).

Д иапазон прямых пороговых напряжений тиристоров находится Между С/томакс=0,95 В и £/_ТОмин=0,7 В. Номинальный выпрямлен­ный ток преобразователя /йн=3000 А. Цепь постоянного тока вклю­чает реактор с индуктивностью Ld^oo и резистор, соединенные по­следовательно. Реактивные сопротивления рассеяния и активные со­противления обмоток трансформаторных делителей, а также динами­ческие активные сопротивления тиристоров при вычислениях могут не учитываться.

Р

Рис. 6.24. Трансформа­торный делитель тока.

ис. 6.25. Эквивалентная схема пле­ча с открытыми тиристорами, соеди­ненными параллельно через транс­форматорный делитель тока.

Определить наименьшее значение индуктивности намагничивания трансформаторных делителей, при котором максимальное значение тока в любом тиристоре не будет превышать 120% значения тока при равномерном его распределении.

Решение. В интервале проводимости тиристоры могут быть заменены источниками напряжения с напряжениями t/_T0. Так как Ld~°°, то в интервале проводимости i^^const, т. е. внешняя по отношению к рассматриваемому плечу цепь может быть заменена источником тока. На рис. 6.25 представлена эквивалентная цепь пле­ча с обозначением положительных направлений напряжений и токов.

Наихудшее распределение тока возникает, когда один тиристор имеет наименьшее значение порогового напряжения (например, (7_Т01=Г7_Т0МИН), а остальные тиристоры — наибольшее (например, (/_т02=с/тоз*= • • • — Утоп—Утомакс). Вторичные обмотки трансфор­маторов соединены в многоугольник, поэтому первичные напряжения удовлетворяют уравнению

&тр1~|-^тр2~т~ ••' -f~^Tp71== 0.

Поскольку тиристоры соединены последовательно с первичными обмотками трансформатора, а все эти ветви — параллельно, то, с одной стороны,

с7_Т01 + Мтр1=={Лг02+Итр2— ••* ^^твп+Ытр

и, следовательно,

Итр2="трЗ— -•• ="тр«» НО ТОГДа И_хр,= (ft—1)М_тр2=—(я—1)Итр«.

Из этих уравнений следует:

"тр! = ^ (^то2 — ^toi) ⁼ Ji (^то макс ^то мин)

"тра—••■—"тр п — — _л (^14)2 — ^roi)— — _п (Уто макс^то мин)■

Для токов в трансформаторных делителях справедливы урав­нения

w_z

hi — Ч + 'pi '>

'та — щ ^ + ^2'

^2 •

Сложив эти уравнения и приняв во внимание, что

получим:

'Л = + Ч\ + 'иЯ + - + *«л-

Сумма напряжений, индуктированных в трансформаторе, равна нулю:

Следовательно, сумма токов намагничивания является постоял­кой:

т. е.

/,= ^L («л — С),

откуда нроизводпая тока /е-го тиристора равна:

I

Воспользовавшись соотношением '"'^.ь. — "тр а/^ц» получим: 11

Проинтегрировав это уравнение по времени, получим! t t i

0 0 0

Если начало отсчета времени £=0 выбрано в момент включе­ния тиристоров, то

i_Tft(0)=0; u(0)=0 и, поскольку «хр/i — постоянная величина, имеем:

1 „ 1

hk (0 = -JT ¹а С) + IT "тр ^kl Отклонение от равномерного распределения тока

имеет свой максимум в конце интервала открытого состояния в мо­мент £=2д;/3(0:

Д*т* макс — Л*rft ^ ^ —3(о 1^ «тр й-

Его значение будет наибольшим в той ветви, в которой значение ы_Тр наибольшее. В рассматриваемом случае это ветвь тиристора 1. Учитывая, что

Д*т1макс^з0,2/е£ном/я

и

П — 1

%р ~ (^то макс vto мнн) ^ *

значение индуктивности намагничивания, которое нам требуется найти, будет:

_ 2п . i ^ то макс мин

мин— Зо) l'²~ ^J) 0,2/_d

9к [Г 10,95 — 0,7 =ТЗИ ⁽⁶ - ^!> 0,2-3000 ^{14 мкГн}-¹

Следует добавить, что, поскольку токи Ai_Tk изменяются линей­но во времени, среднее значение тока тиристора может отклониться не более чем на 10% его значения при равномерном распределении тока.

Задача 6.7. Неуправляемый выпрямитель со схемой соедине­ний 1Ф1Н2П с естественным воздушным охлаждением питает на­грузку, состоящую из последовательно соединенных реактора с ин­дуктивностью Ld^oo и резистора с сопротивлением icd=l Ом. Дей­ствующее значение напряжения вентильной обмотки преобразова­тельного трансформатора c7_s= НО В, его реактивное сопротивление коммутации Х_т=0,05 Ом. Какие быстродействующие предохраните­ли должны быть соединены последовательно с диодом, чтобы была обеспечена защита от КЗ? Применены диоды типа D250/700 f4] со следующими техническими характеристиками: /_Ыом=70А (естест­венное охлаждение, охладитель типа KL42); с/_Орб.п=700 В; допу­стимое значение максимума полусинусоидалыгого импульса тока

/_к._д<ш.макс=5300А(*=10 мс, @=150°С);

16-9 241

допустимое значение интеграла j* i²dt для диодов

140-10³А²-с(г = 10 мс; в=150°С).

Х

1,0

¥

Рис. 6.27. Зависимость по­правочного коэффициента на допустимое для диодов значение J i²dt от длитель­ности полупериода синусои­дального импульса тока.

арактеристики быстродействую­щих предохранителей типа «Prolistor» представлены на рис. 6.26. Влияние охлаждения на ток, который может пропускать предохранитель, учитыва­ется поправочным коэффициентом С ft. Расчетные параметры, необходи­мые для определения этого коэффи­циента, следующие: а=130; £i=l,25. Наибольшая температура окружаю­щей среды 0о=35°С.

Допустимое значение J i*dt для диодов зависит от длительности пе­регрузки (от длительности полусину-еоидального импульса тока), как по­казано на рис. 6.27.

г— 2

Решение. U_d=y2U_s —- \ U_d = I_dR_d, отсюда

г _г- 2

1н =

Ж,

1 V2 -110-2

гс + 0,05

= 97,5 А.

У

^I.—л

17,5-0,05\ ' = 14,4

VT по/

гол коммутации определяется следующим образом: у = arccos | 1 —

= arccos(1

Действующее значение тока, протекающего те ль, равно:

/=-^-}Л-2»Р(а, Y)-Из рис. 2.15, получаем:

через предохрани-

Y\— 247(0; 14,4) =0,99, Рис. 6.26. Характеристики быстродействующих предохранителей ти­па «Protistor» (600 В. 8—250 А).

а) зависимость интеграла квадрата тока \ Pdt, при котором срабатывает пре- дохранитель, от расчетного относительного действующего значения тока КЗ;

б) зависимость поправочного коэффициента k_v от действующего значения на- пряжения; в) записимость времени срабатывания предохранителя от расчетного относительного действующего значения КЗ; с) зависимость тока срабатыва- ния предохранителя от расчетного действующего значения тока КЗ.

следовательно,

97 5

/ = гт= 0,99 = 68,2 А. ]/2

Вычислим коэффициент C/i, учитывающий влияние температуры окружающей среды иа нагрузочную способность предохранителя:

C_fl = AA%)BAv).

Здесь Ai(Q₀) учитывает влияние температуры окружающей

среды:

a Bi Щ — скорость v охлаждающего воздуха. В рассматриваемом случае применено естественное охлаждение, т. е. v^O, следова­тельно,

Таким образом,

C/i=0,975-1=0,975.

Номинальный ток предохранителя при постоянной токовой на­грузке должен быть:

^ J_ 68,2 ^ном^сТ; =07975 ^{= 69,95 А}"

Следовательно, надо выбрать предохрадатель, у которого /ном был бы равен 80 А.

При КЗ иа выводах постоянного тока через предохранитель проходит ток

U_s ПО ~0,05^;

При пробое одного диода ток КЗ равен:

, _?^._±Д0_2200 А ^{/к2 —} 2Х_Т~2.0,05 — ^4Ш* ^А*

Относительное значение тока КЗ

* к— / —/ — ЯЛ —£ifO. ' НО.М * ном °w

Значение j* ihlt, при котором происходит плавление вставки пре­дохранителя, работающего при номинальном напряжении 500 В, определим из рис. 6.26а:

[ Ш = 4*Ш А²-с.

При КЗ на выводах постоянного тока к предохранителю при­кладывается напряжение Ug=UQ В. При пробое перехода диода напряжение 2U_B прикладывается к двум предохранителям. Если считать, что их характеристики одинаковы, то на каждом предо-хранилителе также будет напряжение с7_в=110 В.

244

Из рис. 6.26,6 находим, что поправочный коэффициент для J i²dt равен Щ = 0,42.

Следовательно, значение j i²dt, при котором происходит плав­ление вставки предохранителя, равно:

j* ОД» О,42-4-10³ = 1,68-Ю³ А²-с.

В -соответствии с рис. 6.26,6 время отключения КЗ составляет г"о=1,95 мс, т. е. отключение происходит до достижения током КЗ своего максимального значения.

Если кривую этого тока КЗ аппроксимировать полусинусои-далкным импульсом длительностью io, то, пользуясь рис. 6.27, опре­делим поправочный коэффициент, равный 0,72, и допустимое зна­чение §Pdt для диодов становится равным:

М = 0,72-140-10^= 100,8-10³> 1,68-10» А²-с.

Проверим диоды на максимально допустимый ток-при КЗ. Мак­симальное значение тока при КЗ в соответствии с рис. 6.26,г равно:

/на ис= 1550 а.

Максимально допустимое значение тока для диодов вычислим по допустимому значению J Pd£:

Л/ ³ \ ¹⁴¹ л100,8-10³ _ ^пр.макс^Г ~Т₀ \ 1,95-Ю-³ ~~ ^{12453 А}-

Таким образом выбранный предохранитель 600: в, 80 А защи­тит диоды от КЗ на выводах на стороне постоянного тока и от внутреннего КЗ при пробое перехода диода.

З

«Semikron».

адача 6.8. Однофазный преобразователь с мостовой схемой соединений питается от трансформатора мощностью 5_тр=10 кВ-А, Г'ригоединенного к сети неограниченной мощности. Напряжение вен-

го состояния трансформатора равна 5 с, что достаточно для зату­хания переходного процесса, возникающего при включении. Макси­мальное значение запасенной в трансформаторе энергии равно:

V =±LP £EU -

jx макс 2 ^SV- макс | ¹ ш макс со/

sp. макс

- 9*^макс *^тр

2 sp« макс и тЛо/ "7Г~*