Расчет и выбор типа прибора, типа охладителя и скорости охлаждающей среды при изменяющемся рабочем токе.

Режим изменяющегося рабочего тока характеризуется тем, что в течение времени, меньшем , через СПП протекает ток рабочей перегрузки, т. е. ток, превышающий максимально допустимый длительный ток СПП при данных условиях охлаждения. На интервале протекания тока рабочей перегрузки СПП должен нормально функционировать, т. е. диоды и тиристоры должны выдерживать повторяющееся и неповторяющееся обратное напряжение, а тиристоры, кроме того, при приложении прямого напряжения не должны переключаться в открытое состояние при отсутствии сигнала управления. Для этого на интервале времени, предшествующем перегрузке, СПП должен быть недогружен по току, т. е. ток нагрузки должен быть меньше максимально допустимого длительного тока настолько, чтобы на интервале перегрузки максимальная температура перехода не превышала допустимого значения .

Для выбора типа СПП и типа охладителя при изменяющемся рабочем токе используется, как и в случае неизменного рабочего тока, выражение (4.14а) или (4.14б).

Токи выбирают так же, как и в случае неизменного рабочего тока.

Для определения расчетного тока заменяют огибающую амплитуд рабочего тока (рис. 4.9, а) в пределах расчетного интервала времени упрощенной кривой тока (рис. ), которая имеет в конце интервала один отрезок времени с током перегрузки (амплитудное значение) и неизменный ток (среднее значение), предшествующий перегрузке на остальной части интервала .

Рис. 4.9. К определению параметров упрощенной кривой рабочего тока на расчетном интервале : а — огибающая амплитуд рабочего тока на расчетном интервале - упрощенная кривая тока , эквивалентная

Считаем, что перегрузки по току имеют место в пределах тех ступеней v тока , где

Исходя из характера зависимости переходного теплового сопротивления переход — среда диодов и тиристоров с рекомендованными охладителями, будем учитывать только те перегрузки, которые на отрезке времени 2000 с имеют длительность 1000 с и более, на отрезке времени 1000 с имеют длительность 100 с и более, на отрезке времени 100 с имеют длительность 10 с и более и т. д., при этом следует иметь в виду, что время отсчитывают от конца расчетного интервала в сторону опережения. Так, для тока, изображенного на рис. 4.9, а, следует учитывать перегрузку , если больше 10 с. Если границы отрезков времени, на которые делят интервал , находится в пределах интервала протекания тока учитываемой перегрузки, то границы этих отрезков следует смещать в сторону опережения времени так, чтобы указанные перегрузки учитывались на всем интервале их протекания.

Значение определяют по формуле

где — длительность перегрузки величина учитываемой перегрузки (отечет на рис. 4.9, а ведется от последней на интервале перегрузки, имеющей индекс 1, в сторону опережения); в изменяется от 2 до а (где а — общее число учитываемых перегрузок); — коэффициент амплитуды тока , - длительность перегрузки -интервал времени между перегрузкой перегрузкой . Амплитуда тока перегрузки упрощенной кривой

Средний ток, соответствующий упрощенной кривой,

(4.22)

Расчетный ток в случае следующим образом:

а) при 500 Гц и при синусоидальной или трапецеидальной (прямоугольной) форме импульсов тока

б) при Гц и синусоидальной форме тока

в) при Гц и трапецеидальной форме тока

В формулах (4.23) — (4.25) коэффициенты , определяемые по рис. , соответствуют току - коэффициент, определяемый по табл. 3.1; А — коэффициент предшествующей нагрузки.

Для диодов

(4.26а)

для тиристоров

(4.266)

где - допустимый средний ток СПП, предшествующий данной перегрузке и соответствующий классификационным условиям, при которых выбирают ток или .

Для определения коэффициента К сначала в относительных единицах строят усредненные для серийно выпускаемых диодов и тиристоров зависимости амплитуд максимально допустимого тока перегрузки от длительности перегрузки при различных значениях коэффициента К (рис. 4.10 и 4.11).

Рис. 4.10. Усредненные зависимости амплитуды максимально допустимого тока перегрузки (отн. ) диодов с типовыми охладителями от длительности перегрузки и коэффициента предшествующей нагрузки К: а — ; б - ; в - .

Рис. 4.11. Усредненные зависимости амплитуды максимально допустимого тока перегрузки (отн. ) тиристоров с типовыми охладителями от длительности перегрузки и коэффициента предшествующей нагрузки К: .

Зависимости построены по формулам (4.27) — (4.33):

для диодов

(4.27а)

для тиристоров

(4.276)

где — амплитуда максимально допустимого тока перегрузки диода и тиристора соответственно с рекомендованными охладителями при заданных длительности перегрузки и коэффициенте К тока, предшествующего перегрузке.

Токи определены по формулам [3.2]:

а) для диодов при

б) для диодов при

в) для тиристоров при

г) для тиристоров при

где — пороговое напряжение выбранного СПП; — динамическое сопротивление СПП; — нагрев перехода током предварительной нагрузки (током предшествующей нагрузки);

- мощность потерь от тока предварительной нагрузки в диоде и тиристоре соответственно; — переходное тепловое сопротивление переход — среда СПП при длительности перегрузки - переходное тепловое сопротивление переход — корпус СПП при длительности нагрузки 26, 20 и соответственно.

Мощность потерь от тока предварительной нагрузки для диодов

где — коэффициент формы тока, равный в данном случае 1,57 при синусоидальной форме и 1,41 при трапецеидальной форме.

Мощность потерь от тока предварительной нагрузки для тиристоров определяется также по формуле (4.32).

Ток задается как часть тока или

Температуру нагрева определяют по формуле:

для диодов

(4.33а)

для тиристоров

(4.336)

где — температура охлаждающей среды.

Значения тепловых переходных сопротивлений и Z, находят для указанных отрезков времени по приведенным в информационных материалах графическим зависимостям , причем значения таких сопротивлений должны определяться с высокой точностью, поскольку незначительная при их определении может привести к существенной погрешности при расчете

На зависимости для выбранного вида СПП и принятых условий охлаждения (рис. 4.12, а) через точку на оси абсцисс проводят прямую линию, параллельную оси ординат.

По точкам пересечения указанной прямой с зависимостями находят значения , соответствующие К, равным 1; 0,75; 0,5 и 0,25.

Затем строят зависимость при .

Из определения и К следует, что

Поэтому, откладывая по оси ординат на рис. 4.12, б значение , находят на оси абсцисс искомую величину К. Например, для при

получим

В случае расчетный ток определяют следующим образом:

а) при Гц и синусоидальной или трапецеидальной форме тока

б) при Гц и синусоидальной форме тока

в) при Гц и трапецеидальной форме тока

Входящие в формулы (4.35) — (4.37) коэффициенты , определяемые по рис. , соответствуют току

Для нахождения в данном случае на графике , соответствующем выбранному виду СПП и принятым условиям охлаждения (рис. 4.10 и 4.11), проводят через точку прямую линию, параллельную оси ординат, до пересечения с кривой при (рис. 4.12, а, точка а). Значение ординаты точки а и есть искомая величина , На рис. 4.12,а при

Уточнение выбора типа СПП и охладителя производится в § 4.3.