Задача 4

На рис. 4.1 представлен тиристорный выключатель постоянного напряжения. Сопротивление нагрузки и напряжение источника заданы в исходных данных

Требуется:

1) рассчитать параметры схемы ( , );

2) выбрать типы тиристоров VS1 и VS2;

3) дать подробное описание работы выключателя;

4) указать достоинства и недостатки данного выключателя по сравнению с контактным выключателем постоянного тока.

Рис.4.1.

Исходные данные: ; .

Решение

1,2) Расчет параметров схемы и выбор тиристоров.

Определяем ток через силовой тиристор VS1:

.

Выбираем тип силового тиристора VS1 из условий:

;

;

где и - наибольшие допустимые значения тока и напряжения тиристора (эти значения определяются из справочной литературы).

Выбрали тиристор T151-100-10 4 2 УХЛ2, со следующими параметрами:

- повторяющееся обратное напряжение ;

- максимально допустимый средний ток ;

- время выключения ;

- ударный ток в открытом состоянии .

Рассчитаем емкость коммутирующего конденсатора:

.

где - ток нагрузки (тиристора VS1);

- время выключения тиристора VS1;

- напряжение на конденсаторе, равное .

Из существующего конденсаторного ряда выбираем

Выбираем тип вспомогательного тиристора VS2. При этом следует учесть, что ток разряда конденсатора через тиристор VS2 протекает только в течение времени т.е. тиристор в этом случае работает в режиме ударных токов. Величина тока разряда может превышать ток нагрузки в 2-3 раза. Поэтому тиристор выбирается по величине ударного тока :

и по напряжению которое, как видно из схемы, равно

.

Выбрали тиристор КУ218А , со следующими параметрами:

- повторяющееся обратное напряжение ;

- максимально допустимый средний ток ;

- время выключения ;

- ударный ток в открытом состоянии .

Рассчитываем сопротивление из условия, чтобы при кратковременной подаче управляющего напряжения на тиристор VS2 произошло его включение и это состояние оставалось после отсутствия управляющего напряжения. Для этого необходимо, чтобы

где - ток выключения тиристора VS2, ориентировочное значение которого можно принять равным

.

Из стандартного резистивного ряда выбираем .

Диод в схеме выбираем на максимальный ударный ток . Выбрали Р2000М с ударным током и максимальным обратным напряжением .

3) Описание схемы тиристорного выключателя.

На рис.4.1 изображена схема принудительной коммутации. При подаче управляющего импульса на силовой тиристор VS1 включается цепь нагрузки  , (ток через тиристор i_T равен сумме токов нагрузки i_Н и через конденсатор i_С), коммутирующий конденсатор С заряжается до напряжения источника U. Полярность напряжения   указана на рис.4.1. Схема готова к отключению, и если в момент  подать управляющий импульс на вспомогательный тиристор VS2 то конденсатор окажется включенным параллельно тиристору VS1, ток нагрузки перейдет с тиристора VS1 на конденсатор С и тиристор VS1 выключится. Под действием ЭДС источника конденсатор будет перезаряжаться. Напряжение конденсатора   изменится в процессе перезаряда от — U до +U  (рис.4.2), а ток i_c постепенно спадет до нуля. Нагрузка   окажется отключенной от источника. Если теперь снова в момент t₂ включить нагрузку  , открыв тиристор VS1, то опять конденсатор С зарядится до напряжения — U и схема будет готова к повторному отключению.

Таким образом, отключение тиристора на постоянном токе оказывается сложнее, чем на переменном.

Рис.4.2.

4) Достоинства и недостатки тиристорных ключей.

Тиристорные коммутаторы позволяют устранить недостатки контактной аппаратуры, связанные с наличием механической контактной системы. Высокое быстродействие полупроводниковых приборов позволяет придать тиристорным пускозащитным, регулирующим и коммутирующим устройствам новые свойства, недоступные контактным аппаратам. К таким новым свойствам, прежде всего, относится возможность регулирования выходных электрических параметров, что позволяет, например, осуществлять управление двигателями, включая безударный пуск, реверс, регулирование частоты вращения по заданному закону, динамическое торможение и др. Кроме того, высокое быстродействие собственно СПП, позволяет создавать коммутирующие аппараты, обеспечивающие надежную, практически безынерционную коммутацию электрических цепей с высокой частотой.