1.3.2 Выбор силовых тиристоров

Выбор силовых тиристоров осуществляется по току и напряжению. Нагрузочная способность тиристоров определяется максимально допустимой температурой полупроводниковой структуры, которая не должна быть превышена в любых режимах работы: длительная работа с номинальным током двигателя; рабочая перегрузка в течение заданного времени; аварийные режимы в течении времени срабатывания защиты. Нагрев тиристора зависит от величины и формы тока, а также от условий охлаждения. Всё это должно быть учтено при правильном выборе вентилей по току. Для повышения надёжности работы преобразователя рекомендуется устанавливать вентили на типовых охладителях и применять естественное воздушное охлаждение, так как при этом будет определённый запас по мощности тиристоров.

Среднее значение тока через тиристор при номинальном токе двигателя:

А,

где m₂ =3 – число фаз системы напряжений, питающей управляемый выпрямитель;

- пульсность схемы выпрямления;

Максимальная величина обратного напряжения, прикладываемого к вентилю:

, В

где К_зн – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможные повышения напряжения питающей сети (включая режим холостого хода) и периодические выбросы U_обр, обусловленные процессом коммутации вентилей; [1]. Принимаем К_зн = 1,5.

К_Uобр – коэффициент обратного напряжения, равный отношению напряжений U_bmax/U_d0, для мостовой схемы выпрямления k_Uобр=1,045;

В.

По найденным значениям I_в и U_в.макс из каталога [4] предварительно выбираем тиристор типа Т-100. Его параметры приведены в таблице 4.

Выбранный тиристор должен пройти ряд проверок:

1. По предельному току тиристора при заданной температуре окружающей среды. При этом токе температура полупроводниковой структуры не должна превысить допустимой.

I_в < I_п.

Таблица 4

Iпк, А	Uпр, В	рп, 0С	Iп0, А
100	1,85	125	55

I_пк – предельный ток тиристора при температуре окружающей среды 40^оС и типовом сопротивлении охладителя равном нулю;

U_пр – прямое падение напряжения (среднее значение) при токе I_пк ;

_рп – максимально допустимая температура полупроводниковой структуры тиристора;

I_по– предельный ток тиристора в классификационной схеме при выбранном способе установки и охлаждения и температуре окружающей среды +40⁰С.

2. На условие обеспечения рабочих перегрузок двигателя (импульсных) при пуске, торможении, реверсе.

I_п1  I_п.

3. На условие обеспечения длительной (не импульсной) рабочей перегрузки в течение некоторого заданного времени.

t_вп  t_дв.п,

где t_вп – допустимое время рабочей перегрузки для вентиля;

t_дв.п – допустимое время рабочей перегрузки для двигателя.

Проверим выбранный тиристор по предельному току при заданной температуре окружающей среды.

Предельный ток тиристора при заданной температуре:

А,

где U_о, R_д – пороговое напряжение и динамическое сопротивление на спрямлённой прямой ветви вольт–амперной характеристики вентиля;

_рп = 125^оС;

_с – температура окружающей среды, _с = 40^оС;

К_ф = – коэффициент формы тока через тиристор в проектируемой схеме (табл.1.4 [5]). Зависит от угла проводимости  = .

При - К_ф = 1.73;

R_т – общее установившееся тепловое сопротивление системы тиристор–охладитель, ^оС/Вт

В; Ом.

^оС/Вт,

где Р_доп.кл – допустимая мощность потерь в классификационной схеме, определяется по выражению

Вт,

где =1,57 - коэффициент формы тока через вентиль в классификационной схеме из таблицы 1.4 [1];

Тогда ^оС/Вт.

А.

Так как I_п = 52,1 А, больше чем, I_в =26,7А, то условие (1) для тиристора

Т-100 выполняется, и он не перегреется при длительной работе двигателя.

Проверим тиристор на условие обеспечения кратковременных рабочих перегрузок при пуске, торможении, реверсе. Так как нагрузочная диаграмма не дана, то принимаем самый тяжёлый режим работы – режим постоянных реверсов. Для диаграммы полного цикла разгон – реверс определяем:

t₁ - время работы двигателя в течение цикла:

с,

где t_у = 0,2 с – время переходного процесса при пуске (выбирается по мощности двигателя, выше 4 кВт, берем соответствующее время переходного процесса);

Время цикла:

с;

Время работы тиристора показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Время работы тиристора

t₂ - время работы одного тиристора за время импульсной перегрузки

, где N – число включений одного вентиля за время t₁; T_в – время проводимости вентиля:

с, .

Тогда с.

Допустимый ток для выбранного вентиля при импульсной нагрузке

А,

где – допустимая мощность в импульсе, при которой структура тиристора не перегревается;

, , – переходные тепловые сопротивления вентилей для соответствующего времени.

Используя [4, рисунок 11,63 – 223] определяем:

⁰С/Вт; ⁰С/Вт; ⁰С/Вт.

Тогда Вт;

А.

Так как А  А, то условие (2) для тиристора Т-100 выполняется, и он удовлетворяет требованиям по обеспечению рабочих перегрузок двигателя (импульсных) при пуске, торможении и реверсе.

Проверим тиристор на условие обеспечения длительной (не импульсной) рабочей перегрузки в течение некоторого заданного времени.

> ,

где - допустимое время рабочей перегрузки для вентиля;

Из [2] определяем допустимое время перегрузки двигателя марки 2ПФ: с.

Определение для вентиля осуществляется следующим образом. Определяется допустимое значение переходного теплового сопротивления вентиля при перегрузке:

,

где Р_и2 – мощность, выделяемая в вентиле при импульсной рабочей нагрузке;

Р_п – мощность, выделяемая в вентиле при длительной перегрузке.

Вт;

Вт.

Тогда ^оС/Вт.

По кривым переходного теплового сопротивления [4, рисунок 11,63 – 223] для найденного значения г_тп =0,3^оС/Вт находим значение времени t _вп ≈ 200c. Так как выполняется условие t_вп =200с t _дв.п =10с , то окончательно выбираем тиристор

Т-100.