2. Выбор типа полупроводниковых приборов (вентилей)

2.1. Среднее значение тока вентиля

,

где – коэффициент схемы (табл. 1).

2.2. Максимальная величина обратного напряжения, прикладываемого к вентилю, определяется по формуле

,

где – коэффициент схемы (см. табл.1);

–выпрямленное напряжение (среднее значение) при полностью открытых вентилях.

В соответствии с расчитанными значениями тока и обратного напряжения вентиля необходимо выбрать тип прибора и из справочника [5,6] выписать его основные параметры.

Для нормальной работы прибора должны выполняться условия:

I_В.max >I_В;U_В.max >U_ВМ,

где I_В.max– максимально-допустимое значение тока вентиля,

U_В.max – максимально-допустимое значение обратного напряжения вентиля.

3. Расчет температуры нагрева вентиля

Основным критерием, ограничивающим прямой ток силовых полупроводниковых приборов, является температура его полупроводниковой структуры [Т_р–n], которая во всех режимах работы не должна превышать максимально–допустимого значения [T_р–n]. Температура полупроводниковой структуры Т_р–n зависит от мощности потерь, выделяющихся в полупроводниковой структуре вентиля.

В нормальных режимах работы на частотах не более 200 Гц потери в основном обусловлены протеканием прямого тока прибора. Эти потери составляют 9598 % от полных потерь в приборе и определяются выражением

, (3.1)

где – пороговое напряжение (напряжение отсечки), В;

–среднее за период значение прямого тока вентиля, А;

–динамическое (дифференциальное) сопротивление прямой вольт–

амперной характеристики вентиля в открытом состоянии, Ом;

–коэффициент формы тока, протекающего через прибор, в

расчетах можно принять К_ф=1,57;

и – среднее по модулю и эффективное значение прямого тока,

протекающего через вентиль.

В этом случае дополнительными потерями обычно пренебрегают. Однако если вентиль работает на повышенных частотах (свыше 200 – 500 Гц), возрастает мощность коммутационных потерь, что приводит к дополнительному нагреву прибора и снижению допустимого прямого тока.

Эквивалентная температура полупроводниковой структуры определяется выражением

, (3.2)

где – температура окружающей среды (или охлаждающего агента при принудительном охлаждении), °С;

–общее установившееся тепловое сопротивление, °С/Вт, которое зависит от типа охладителя и интенсивности охлаждения.

Для нормальной работы прибора должно выполняться условие

. (3.3)

После выбора вентиля по п.2.2 необходимо рассчитать, используя выражение (3.2), значение эквивалентной температуры полупроводниковой структуры Т_р–nи проверить выполнение условия (3.3).

Если условие (3.3) не выполняется, необходимо изменить условие охлаждения вентилей или выбрать другой тип вентиля, имеющий большее значение предельного тока. Расчеты повторяются до выполнения условия (3.3).

Данная методика расчета применима при рабочих частотах f 50 Гц, на которых пульсациями температуры полупроводникового перехода пренебрегают. На частотах менее 20 Гц возрастает амплитуда колебаний температуры полупроводниковой структуры в процессе прохождения импульсов тока, причем максимум этих колебаний может превышать значение максимально допустимой температуры. По этой причине максимально допустимый ток прибора на таких частотах должен быть снижен по сравнению с расчетным значением.