Надежность систем автоматического управления

                                                                                                                 (18)

  При этом за номинальное значение принимают такой ток I_ос,ср, который разогревает полупроводниковую структуру прибора до предельной рабочей температуры Т_п,max при определенных условиях охлаждения. Значение I_ос.ср, определенное при принудительном охлаждении с номинальными скоростью и температурой охлажденного воздуха, указываются в обозначении тиристора.

  Например, Т133-320 - это низкочастотный унифицированный тиристор, который при принудительном охлаждении с номинальными параметрами способен пропустить в однополупериодной схеме выпрямления средний ток не более 320 А (цифра 133 определяет конструктивное выполнение). При других условиях охлаждения или другой форме тока значение I_ос,ср может существенно отличаться от паспортного.

  Первая задача, которую решает разработчик при выборе тиристоров - определение условий их охлаждения.

  По действующим нормативным документам при проектировании тиристорных выпрямителей, подключаемых к промышленным сетям, рекомендуется применение принудительного охлаждения тиристоров при выходной мощности преобразователя Р_d≥250 кВт при напряжениях U_d≥200 В. Для низковольтных выпрямительных установок принудительное охлаждение применяется при I_dh≥1200-1500 А.

  При меньших мощностях (токах) применяется естественные охлаждения тиристоров. Радиаторы (охладители), на которых закрепляются тиристоры, охлаждаются естественными восходящими конвенционными потоками без принудительного обдува. Но основе данных рекомендаций осуществляется выбор условий охлаждения тиристоров в проектируемой установки. В тиристорных преобразователях, подключаемых к промышленным сетям, рекомендуется использовать унифицированные низкочастотные тиристоры серии Т. Для обеспечения выбора конкретного типа тиристора значение I_ос,ср для всех тиристоров этой серии при принудительном и естественном охлаждении приведены в табл. 4.

  Рассчитаем максимальное значение среднего тока, протекающего через тиристор в проектируемом преобразователе

                                                                                                                                    (19)

  где К_I1 и К_I2 - коэффициенты запаса по току, физический смысл и рекомендуемые численные значения которых приведены в пояснениях к выражению (15), а значения коэффициентов по току К_V1 даны в методическом пособии. Далее по данным табл.4. подбирают тиристор и тип охладителя, исходя из условия I_ос,ср ≥ I_v,ср,m. Причем ближайшее большее значение I_ос,ср выбирается из столбца при соответствующих условиях охлаждения.

  При работе выбранного тиристора в реальном преобразователе условия его работы, как правило, отличаются от классификационных. Эти отличия касаются формы и длительности тока, протекающего через тиристор и температуры охлаждающей среды. Воспользуемся выражением для определения среднего допустимого тока:

                                                                                                       (20)

  где Т_п,max - допустимая рабочая температура полупроводниковой структуры (для унифицированных тиристоров принимают равной 125 °С); Т_с - температура охлаждающей среды (температура воздуха при классификационных испытаниях принимается равной 40°С); - полное установившееся тепловое сопротивление "переход-среда" для выбранного типа радиатора (охладителя) и при принятых условиях охлаждения;    - коэффициент тока (для однополупериодного тока синусоидальной формы в классификационной схеме К_ф=π/2=1,57); U₀ - пороговое напряжение тиристора; r_дин - динамическое сопротивление тиристора в открытом состоянии. Используя выражение (20) для классификационной схемы, можно определить значение для выбранного охладителя:

                                                                                                                        (21)

  Для определения I_ос,ср в реальных условиях эксплуатации вновь используем выражение (20), подставив в него рассчитанное по выражению (21) значение и новые значения К_ф и Т_с,max.

  Таблица 4.

  Если ТС особо ТЗ не оговаривается, а преобразователь предназначен для работы в цеховых условиях для средней полосы России, то в летний период температура охлаждающего воздуха по кожухом преобразователя может достигать Т_с,max=50-55°С. Зависимость К_ф=f(λ) представлена в табл. 5.

  Таблица 5.

  Обычно рассчитанное для новых условий значение оказывается несколько меньше, чем выбранное из табл. 4. Поэтому надо проверить условие (19). Если условие не выполняется, то выберем тиристор на больший ток, и вновь повторим расчет по выражениям (20) и (21). Для мощных ТП часто используют параллельное соединение тиристоров.

  В паспортных данных тиристоров не указываются конкретные значения параметров тиристора по напряжению. Задача их выбора решается проектировщиком.

  Основными параметрами, определяющими способность тиристора выдержать приложенное напряжение, являются:

• U_зсп (V_DRM) - допустимое постящееся импульсное напряжение между анодом и катодом в закрытом состоянии;
• U_oбрп(V_RRM) - повторяющееся допустимое импульсное напряжение в обратном направлении.

  Унифицированные низкочастотные тиристоры выпускаются c равными значениями этих параметров U_зсп=U_oбрп. Тиристоры могут иметь U_зсп в пределах от 100 до 2000 В с дискретными значениями параметра через 100 В. Значение U_зсп в сотнях вольт называется классом тиристора по напряжению. Тиристоры могут иметь класс от 1-го до 20-и. С повышением класса стоимость прибора возрастает. Следовательно избыточный запас при выборе тиристора по напряжению экономически неоправдан. К тиристору в условиях эксплуатации прикладываются:

1. рабочее напряжение с амплитудой U_р,mах;
2. периодические импульсные перенапряжения с амплитудой U_m,mах;
3. непериодические перенапряжения с амплитудой U_неп,mах.

  Каждое из этих перенапряжений не должно превышать соответствующий показатель тиристора:

                                                                                                                                                (22)

  где - предельно допустимая для тиристора амплитуда периодических рабочих напряжений; - предельная амплитуда импульсного периодического перенапряжения, возникающего вследствие импульсных всплесков.

  Для унифицированных тиристоров серии Т существует жесткая связь между тремя указанными параметрами. Для тиристоров от Т112-10 до Т142-80 характерны соотношения:

                                                                                                                  (23)

  а для тиристоров от Т151 -100 до Т253-1250

                                                                                                             (24)

  Соотношения (22)-(24) позволяют определить искомые параметры по напряжению, если рассчитать максимально возможную амплитуду рабочего напряжения:

                                                                                                                        (25)

   , , определены в пояснении к (14).

  Определив , можно рассчитать основной параметр тиристора по напряжению, используя выражение:

  где [...] - означает целую часть числа, заключенного в скобки, а К_зн - коэффициент соотношения рабочего и периодического напряжений, равный 0,6 либо 0,75 в соответствии с разъяснениями к (24) и (25). 
 
 

  3.9. Пример расчета и выбора тиристоров. 

  Выходная мощность проектируемого преобразователя при номинальной нагрузке двигателя составит при рабочем номинальном напряжении U_ДН=U_ЯН=354 В. Согласно (19) максимальное значение среднего тока через тиристор составит .