4. Расчет максимально допустимого среднего (предельного) тока вентиля.

Расчет максимально допустимого среднего тока вентиля, также как и расчет температуры его перехода служит для подтверждения правильности выбора вентиля по току.

Предельный ток – это такой ток, при котором температура полупроводниковой структуры вентиля в установившемся режиме T_j будет равна максимально допустимой для данного типа вентиля T_jm.

Поскольку температура структуры зависит от мощности потерь в вентиле, то максимально допустимой температуре будет соответствовать максимально допустимая полная мощность потерь _, которую можно определить из выражения:

= .

Очевидно, что величина зависит от тепловых параметров вентиля и условий охлаждения. При этом следует помнить, что греющая мощность потерь складывается из потерь от протекания прямого тока P_AV и дополнительных потерь, которые учитываются коэффициентом дополнительных потерь К_доп, т.е.:

= К_доп P_AVm ,

где P_AVm – максимально допустимая средняя мощность основных потерь.

Таким образом, предельный ток вентиля может быть определен из уравнения:

.

5. Расчет максимально допустимого времени перегрузки

Во время эксплуатации выпрямителей возможны различные аварийные ситуации, когда ток вентиля может в несколько раз превысить номинальное значение. При этом система аварийной защиты должна отключить питание выпрямителя раньше, чем температура структуры вентиля достигнет максимально допустимой величины T_jm. Представим, что до момента t₁. выпрямитель работал в номинальном режиме, при этом полная мощность потерь составляла P_tot, а температура структуры - T_j. В момент времени t₁ произошла авария, вследствие чего ток вентиля увеличился в К_пер раз, а мощность потерь возросла до Р_пер. Начинается дополнительный нагрев структуры вентиля под действием разности мощностей P_пер и P_tot.

В момент времени t₂ температура структуры вентиля достигает предельно допустимого значения T_jm. Если за время t_пер = t₂ - t₁ система защиты не отключит выпрямитель от питающей сети, вентиль перегреется и выйдет из строя.

В

К расчету допустимого времени перегрузки

ремя срабатывания самой быстродействующей защиты составляет примерно 20 мс. Таким образом, для обеспечения безаварийной работы вентилей при перегрузке необходимо выдержать условие t_пер 20 мс.

Время перегрузки можно определить по графику зависимости переходного теплового сопротивления переход - окружающая среда от времени, предварительно рассчитав величину переходного теплового сопротивления по формуле:

,

где = P_AVпер - P_tot - приращение мощности потерь, вызвавшее перегрев структуры. Мощность основных потерь при перегрузке P_AVпер находим по формуле (1) для тока I_пер = K_пер I_AV .

Если при максимальной кратности перегрузки t_пер> 20 мс, то вентиль выбран правильно. В противном случае, запас по температуре слишком мал и необходимо выбрать вентиль с большим предельно допустимым током I_AVm.

Литература

1. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник / О.Г.Чебовский, Л.Г.Моисеев, Р.П.Недошивин. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 400 с., ил..

2. Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры: Справочник / В.Я.Замятин, Б.В.Кондратьев, В.М.Петухов. – М.: Радио и связь, 1988. – 576 с., ил..