Фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

НАЦИОНАЛЬНАЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

УКРАИНЫ

КАФЕДРА

ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Электронная версия курсовой работы по дисциплине:

Электроника

ТЕМА:

“Расчет основных параметров тиристорного выпрямителя”

Выполнил:

студент группы АП-00-2

Степкин В.В

Принял:

Безуглый А.В.

2002г.

г. Днепропетровск

Введение

Силовые полупроводниковые приборы находят широкое применение почти во всех отраслях народного хозяйства. Однако они обладают рядом специфических особенностей, к которым относятся зависимость параметра и режимов работы от температуры, изменения параметров во времени, разброс параметров приборов одного типа и т.п. Это определяет некоторые требования к схемам, где используются силовые полупроводниковые приборы (использование выравнивающих устройств при групповом соединении и ограничивающих устройств при больших скоростях нарастания тока, учет циклических режимов работы, особые требования к схеме управления).

Нагрузки на полупроводниковые приборы зависят от схемы преобразования, в которой они используются, параметров источника питания, параметров нагрузки (ток, напряжение) и вида нагрузки (активная, индуктивная и т.д), вида интенсивности охлаждения, вероятности и характера технологических (рабочих) и аварийных перегрузок и пр.

1. Определения и условные обозначения основных параметров тиристоров.

Все данные для расчетов взяты для тиристора типа Т-160.

На рисунке 1.1 изображена мостовая схема Илларионова.

рис 1.1 Трехфазная мостовая схема выпрямителя

На рисунке 1.2 изображена схема с нулевым выводом

рис 1.2 Трехфазная схема выпрямителя с нулевым выводом

1.1 Описание схем

Схемы выполнены в программе Electronics Workbench. В качестве трехфазного трансформатора были использованы три однофазных, соединенных звездой. Для примера была взята активно индуктивная нагрузка в мостовой схеме и активная в схеме с нулевым выводом. На рис1.1 в пятом и в шестом плече находятся тиристоры на управляющий электрод которых подается управляющий сигнал замыканием ключа Р. На рис1.2 открывается тиристор VS3 при замыкании ключа А. При замыкании ключей в первой и во второй схеме вольтметры фиксируют падение напряжения на нагрузке.

1.2 Основные определения

Предельный ток

Iп - максимально допустимое среднее значение за период тока, длительно протекающего через прибор. Классификационные значения предельного тока определяются в однофазной однополупериодной схеме с активной нагрузкой при частоте 50 Гц, синусоидальной форме тока, угле проводимости и максимально допустимой температуре структуры.

Iп.к- классификационное значение предельного тока прибора, приводимое в информационных материалах и определяемое при заданной температуре корпуса прибора (для тиристора типа Т- 160 при Q= С, Iп.к=160 А).

Повторяющееся напряжение – Uп.- максимально допустимое мгновенное значения напряжения, прикладываемое к прибору в обратном или прямом закрытом направлении, учитывая все повторяющиеся переходные напряжения. Повторяющиеся напряжение обычно является функцией схемы преобразователя, например, выбросы при восстановлении прямого или обратного напряжения после коммутации увеличивают мощность, выбрасываемую в приборе.

Неповторяющееся напряжение-Uнеп- максимально допустимое мгновенное значение любого неповторяющегося переходного напряжения, прикладываемого к прибору в обратном или прямом закрытом направлении. Неповторяющееся напряжение обычно определяется внешней по отношению к преобразователю причиной, например грозовые или внутренние перенапряжения в питающей сети переменного тока.

Рекомендуемое рабочее напряжение Uр – амплитудное значение напряжения синусоидальной формы, прикладываемое к прибору в обратном или прямом закрытом направлении, при отсутствии повторяющихся и неповторяющихся напряжений.

Максимальное обратное напряжение Uзаг – напряжение, соответствующее области загиба обратной или прямой ветви вольт-амперной характеристики прибора, когда даже при небольшом приращении напряжения резко увеличивается обратный ток или ток утечки.

Напряжение переключения Uпер – прямое напряжение, при котором тиристор переходит из закрытого состояния в открытое при разомкнутой цепи управляющего электрода.

Согласно ГОСТу для тиристоров повторяющее напряжение составляет 0,75, а не повторяющее 0,83 наименьшего из значений максимального обратного напряжения и напряжения переключения. В действующих в настоящее время стандартах и технических условиях за основной параметр по напряжению, определяющий класс прибора, принято повторяющее напряжение. Каждому классу прибора должно соответствовать определенное значение не повторяющего напряжения. Каждому классу тиристора, присваемому по повторяющемуся напряжению, соответствует определенное значение рекомендуемого рабочего напряжения согласно таблице 1.1

Таблица 1.1 Классы тиристоров

Класс
Uнеп
Uп
Uр

Динамическое сопротивление прибора в открытом состоянии Rд – котангенс угла наклона прямой ветви вольт амперной характеристики с ординатами, равными 1,57 и 4,71 предельного тока, и пересекающей ось напряжения в точке, численное значение которой считается пороговым напряжением Uо. Для тиристора типа Т-160

Обратный ток Iобр – ток, протекающий через прибор при приложении к нему обратного напряжения.

Ток утечки Iут – ток, протекающий через прибор при разомкнутой цепи управления при приложении к нему прямого напряжения. Амплитудное значение при повторяющемся напряжении и при

Ток удержания (ток выключения) Iудр – максимальный ток прибора при разомкнутой цепи управления, при котором прибор переходит из открытого состояния в закрытое. При

Ток переключения Iпер – прямой минимальный ток прибора при разомкнутой цепи управления, при котором прибор переходит из закрытого состояния в открытое.

Максимально допустимая температура полупроводниковой структуры - является критерием работоспособности полупроводниковых приборов, который определяет предельный ток прибора. Для тиристора

Температура корпуса Qк – это температура, измеренная в указанной предприятием изготовителем точке корпуса прибора.

Температура окружающей среды Qc – это температура окружающей среды, измеренная на определенном расстоянии от прибора.

Внутреннее установившееся тепловое сопротивление Rв – это отношение превышения температуры полупроводниковой структуры над температурой корпуса прибора Qк к рассматриваемой мощности потерь его в установившемся режиме.

для тиристора Т-160 Rв=

Общее установившееся тепловое сопротивление Rт – это отношение превышения температуры полупроводниковой структуры Qр над температурой окружающей среды Qс к рассеиваемой мощности потерь прибора в установившемся режиме

Rт зависит от скорости охлаждающего воздуха Vс

Отпирающий ток управления Iу.от – это наименьшее значение тока управления, необходимого для переключения прибора. При Iу.о=300 мА.

Неотпирающий ток управления Iу.н – наибольшее значение тока управления, при котором прибор не переключается.

Отпирающее напряжение Uу.от – напряжение управления, требующее для получения опирающего тока управления. При Uу.н=7 В.

Неотпирающее напряжение Uу.н – наибольшее значение напряжения управления, при котором прибор не переключается. При Uу.н=1 В.

Время включения tвк – время от момента подачи управляющего импульса до момента снижения анодного напряжения на приборе до 10% начального значения при работе прибора на активную нагрузку.

Время включения тиристора состоит из времени задержки tз и времени нарастания tн

Время задержки в значительной степени зависит от амплитуды Iу и скорости нарастания импульса управления . При , Iу=1 А, =1

Время включения tв

Время от момента, когда прямой ток через тиристор при заданной крутизне спада достигает своего нулевого значения до момента, когда прибор способен выдержать, не переключаясь, прикладываемое в прямом направлении, напряжение с определенной амплитудой и скоростью нарастания

К началу процесса включения базовые области тиристора насыщены неосновными носителями. При подаче на тиристор обратного напряжения избыточные неосновные носители (остаточный заряд в базах) уносятся через p-n переход и рекомбинируются. Прибор восстанавливает свои запирающие свойства. Причем первым восстанавливается катодный p-n переход, а затем анодный в течении времени tв – время восстановления запирающих свойств в обратном направлении (время, протекающее от момента прохождения тока через нулевые значения, до момента, соответствующего пику обратного тока). После этого начинается процесс спада обратного тока до статического тока утечки. Полностью прибор восстанавливает свои запирающие свойства через интервал времени tв. Время прямого восстановления зависит от температуры, от величины прямого тока, амплитуды и скорости нарастания повторного приложенного прямого напряжения.

В зависимости от времени выключения тиристоры делятся на 10 групп: 0,2,3,4,5,6,7,8,9,. Для тиристоров типа Т-160 при ,I=Iпк,Uпр=0,67U, =5 А/мкс время выключения для нулевой группы не нормируется, 1-й группы tв , 2-й группы tв , 3-й группы tв , 4-й группы tв .

Заряд восстановления Qв

Полный остаточный заряд в базах (в средних слоях n1 и р2 с момента коммутации тиристора из открытого состояния в закрытое при определенных условиях.

Зависимости заряда восстановления Qв от скорости спада прямого тока вентиля при определенных значениях предшествующего прямого тока изображены на рис

Критическая скорость нарастания прямого напряжения

Максимально допустимое значение скорости нарастания прямого напряжения, при котором не происходит переключение прибора при заданном напряжении (U=0.57Uп) и разомкнутой цепи управления. При подаче на тиристор в прямом направлении напряжения с крутым фронтом через него будет протекать емкостной ток

который возрастает с увеличением емкости центрального p-n перехода С. При достижении ic значения, превышающего ток переключения, тиристор переходит в открытое состояние. Таким образом, третьим методом включения тиристора является быстрое нарастание прямого анодного напряжения.

В зависимости от критической скорости нарастания прямого напряжения тиристоры делятся на 7 групп: 0,1,2,3,4,5,6. Для тиристоров типа Т-160 при , Uпр=0,67Uп. Критическая скорость нарастания прямого напряжения для 0-й группы не нормируется, для 1-й группы =20 В/мкс, для 2-й группы В/мкс, для 3-й группы В/мкс, для 4-й группы В/мкс, для 5-й группы В/мкс.

Критическая скорость нарастания прямого тока

Максимально допустимое значение скорости нарастания тока через тиристор, не вызывающее необратимые процессы в полупроводниковой структуре и связанное с ними ухудшение электрических параметров тиристора.

Процесс переключения тиристора из закрытого состояния в открытое по цепи управления в начале развивается поблизости от управляющего электрода, а затем со скоростью 0,1 мм/мкс распространяется в плоскости полупроводниковой пластины. В результате этого вблизи управляющего электрода возникает большая плотность тока, что обуславливает локальный перегрев структуры в этой области и может привести к повреждению тиристора.

В зависимости от критической скорости нарастания прямого тока тиристоры делятся на 10 групп: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9. Для тиристоров типа Т-160 при Uпр=Uп, Iу= 1А. Критическая скорость нарастания для 2-й группы А/мкс, для 3-й группы А/мкс, для 4-й группы А/мкс, для 5-й группы А/мкс.

Ток рабочей перегрузки Iр.пер

Ток нагрузки непосредственно после режима с током, меньшим предельного в данных условиях работы, длительное протекание которого вызвало бы превышение максимально допустимой температуры, но который ограничен по времени так, что превышение этой температуры не происходит.

В информационных материалах приводятся зависимость максимального тока рабочей перегрузки от времени в интервале от 10 мс до 5 мин непосредственно после режимов, соответствующих диапазону температур полупроводниковых структур от до максимально допустимой с последующим приложением напряжения, равного 80% значения повторяющегося напряжения. Температура полупроводниковой структуры при таких перегрузках не должна превышать максимально допустимого значения, поэтому число их за весь срок службы прибора (тиристора) не ограничивается. Если непосредственно перед перегрузкой через прибор протекает предельный ток, то рабочие перегрузки не допустимы. Обычно рабочие перегрузочные характеристики даются для случаев предварительной нагрузки током равным 0,20,40,60,80% предельного тока.

На рис изображены зависимости максимально допустимой амплитуды тока рабочей перегрузки Iр от длительности t при различных значениях тока предварительной нагрузки.

Ток аварийной перегрузки Iр.пер

Ток, протекание которого вызывает превышение максимально допустимой температуры полупроводниковой структуры.

В информационных материалах приводятся зависимости максимально допустимой амплитуды тока аварийной перегрузки от времени в интервале от 10 до 200 мс при перегрузке непосредственно после режимов с последующим приложением обратного напряжения, равного 80% повторяющегося напряжения. Аварийные перегрузочные зависимости предполагают превышение максимально допустимой температуры до Qрп=200-300 . При этом возможна потеря запирающих свойств прибора. Аварийные перегрузочные зависимости применяются для выбора защиты преобразовательного устройства при возникновении аварийных режимов.

Ударный ток Iуд

Максимально допустимая амплитуда импульса аварийного тока синусоидальной формы длительностью 10 мс при заданной начальной температуре полупроводниковой структуры без последующего приложения напряжения.

Для тиристора типа Т-160 ударный ток при длительности 10 мс

-при Qрп= Iуд=3600А

-при Qрп= Iуд=3300А

Тепловой эквивалент

Максимально допустимое значение интеграла квадрата аварийного тока по времени при заданной начальной температуре полупроводниковой структуры без приложения напряжения после воздействия импульса тока.

Для тиристора типа Т-160 при длительности 10 мс

-при Qрп=

--при Qрп=

Ударный ток и интеграл оценивают перегрузочную способность прибора без последующего воздействия. Эти параметры служат для выбора защитных устройств и характеризуют теоретическую стойкость прибора при кратковременных (1-10 мс) нагрузках. Быстродействующие устройства защиты ограничивают время протекания тока перегрузки и при срабатывании в большинстве случаев исключают воздействие напряжения на полупроводниковые элементы аппаратуры. В этом случае выход прибора из строя может произойти только при превышении предела термической стойкости отдельных элементов его конструкции (.