Проверка СПП при несинусоидальной форме аварийного тока.

Если импульсы аварийного тока через СПП имеют несинусоидальную форму, то возможны два варианта проверки СПП.

Вариант 1. Через эквивалентный вентиль протекает одиночный импульс аварийного тока, ограниченный действием предохранителя по амплитуде и по времени, причем .

Рис. 4.26. К определению температуры перегрева при несинусоидальной форме анарийного тока: а — зависимость аварийного тока от времени; б — зависимость фактической мощности потерь и эквивалентной ей по нагреву тиристора мощности потерь ступенчатой формы на расчетном интервале

В этом случае определяют допустимое значение защитного показателя выбранного прибора при фактической длительности импульса аварийного тока и сопоставляют его с верхним значением полного джоулева интеграла отключения выбранного предохранителя при расчетном значении ожидаемого аварийного тока в месте включения эквивалентного вентиля.

Вариант 2. Через эквивалентный вентиль протекают один или несколько импульсов аварийного тока (рис. 4.26, а и 4.27, а), имеющих несинусоидальную форму, но не ограниченных действием плавкого предохранителя. В этом случае проверку прибора проводят по температуре перегрева перехода аварийным током.

Температуру перегрева перехода рассчитывают при фактическом аварийном токе и соответствующем ему допустимом для выбранного СПП аварийном токе.

Рис. 4.27. К определению температуры перегрева при трех импульсах аварийного тока: а — зависимость аварийного тока от времени; б — зависимость фактической мощности потерь и эквивалентной ей по нагреву тиристора мощности потерь ступенчатой формы на расчетном интервале

Если частота Гц, длительность импульса аварийного тока , то за допустимый аварийный ток при расчете температуры принимают ударный неповторяющийся ток одиночного импульса данного прибора по информационному материалу при или 0 в соответствии с характером фактического аварийного режима.

Если частота , а длительность импульса аварийного тока , то за допустимый аварийный ток принимают ударный кеповторяющийся ток одиночного импульса данного СПП по информационному материалу при и при или в соответствии с характером фактического аварийного режима.

Силовой полупроводниковый прибор удовлетворяет условиям аварийного режима, т. е. сохраняет работоспособность после прохождения аварийного тока, если при выполняется условие

а при , кроме того, выполняется условие

Здесь и -наибольшая температура перегрева на интервале , протекания фактического аварийного тока и температура перегрева перехода в момент приложения обратного напряжения вслед за импульсом аварийного тока.

Температуры перегрева и можно представить с достаточной точностью следующим образом:

где — температуры перегрева перехода в момент окончания импульса фактического и допустимого прямого аварийного токов через СПП; - температуры перегрева перехода в момент приложения к СПП обратного напряжения, определяемые мощностью потерь от обратного тока СПП, протекающего вслед за фактическим и допустимым аварийным токами.

Расчеты показывают, что при принятом методе выбора допустимого аварийного тока, соответствующего фактическому, когда выполняется неравенство

имеют место следующие соотношения:

Поэтому для упрощения расчетов выражение (4.75) можно заменить выражением

Расчеты проводят графоаналитическим методом так, как показано в § 4.3. Для этого , строят зависимости от времени мощности потерь в приборе для импульсов фактического аварийного тока (рис. 4.26, б и 4.27, б) и допустимого аварийного тока (рис. 4.24, б), соответствующего фактическому, по формуле

где -фактический или допустимый аварийный ток через СПП (мгновенное значение); — напряжение на СПП, соответствующее току по ВАХ выбранного СПП, заданной в информационном материале при .

Для фактического аварийного тока

Если амплитуда фактического или допустимого аварийного тока больше тока, для которого в информационном материале задана ВАХ выбранного СПП, то находят по формуле

где и — пороговое напряжение и динамическое сопротивление выбранного СПП при .

Учитывая, что допустимый аварийный ток СПП имеет синусоидальную форму и угол проводимости . град, графическую зависимость можно строить как по формуле (4.82), так и по формуле:

для диода

(4.85а)

для тиристора

(4.856)

Графическую зависимость заменяют эквивалентной ей по нагреву зависимостью ступенчатой формы. Для этого вначале определяют длительность расчетных интервалов для расчета для расчета , находят расположение их относительно зависимости и определяют длительность ступеней мощности ту в пределах каждого расчетного интервала.

Если через СПП проходит один импульс аварийного тока с с, то принимают с. Начало интервалов совмещают с началом кривой (см. рис. 4.24, б).

Если через СПП проходит один импульс аварийного тока с, то принимают равным отрезку времени от начала аварийного тока до момента, когда значение зависимости на спадающей ее части составит (см. рис. 4.26, б), . Начало интервалов совмещают с началом кривой Разделение интервалов на ступени производят, начиная от их конца 6 сторону опережения времени. При этом если длительность ступени в начале интервала получится меньше с, то ее следует объединить с предшествующей ступенью.

Если через СПП проходит один импульс аварийного тока с с, то длительность и расположение расчетных интервалов выбирают так же, как и в случае, когда . Длительность ступеней ту принимают равной отрезку времени по оси абсцисс зависимости от момента, когда момента, когда на спадающей части этой зависимости. Разделение интервалов на ступени производят так же, как и в случае, когда .

Если через СПП проходят два и большее число импульсов аварийного тока (см. рис. 4.2, а), то температуру перегрева определяют последовательно для одного, двух, трех и т. д. импульсов тока до тех пор, пока не будут найдены наибольшие возможные температуры перегрева, которые затем подставляют в формулы (4.74) и (4.81).

Для замены такой зависимости на эквивалентную зависимость ступенчатой формы заменяют импульс мощности потерь, в пределах которого рассчитывают температуру перегрева, эквивалентным импульсом ступенчатой формы так, как это рекомендовано в случае, когда или в зависимости от фактической длительности импульса; затем заменяют каждый из предшествующих импульсов эквивалентным импульсом прямоугольной формы, причем амплитуду прямоугольного эквивалентного импульса принимают равной амплитуде заменяемого импульса (рис. 4.27, б), а длительность эквивалентного импульса определяют по формуле

где -длительность заменяемого импульса мощности потерь на рис. 4.27, б); -среднее значение заменяемого импульса мощности при интервале усреднения, равном .

Располагают эквивалентные прямоугольные импульсы мощности относительно соответствующих фактических импульсов так, чтобы середины интервалов ту и совпадали.

Расчетные интервалы относительно зависимости располагают так, чтобы начало их совпадало с началом первой ступени кривой , а конец совпадал с окончанием последней ступени (рис. 4.27, б).

Температуры перегрева структуры определяют в конце последней ступени соответствующего расчетного интервала по формуле (4.50), и при этом соответствует искомой температуре перегрева, а — мощности потерь ступеней зависимости

Если значения , входящие в формулу (4.50), близки друг другу, тодля повышения точности расчета целесообразно пользоваться формулой

(4-87)

где — средняя мощность потерь ступени , предшествующей ступени .

Значения переходных тепловых сопротивлений указываются в информационных материалах для отрезков времени не менее с. При расчете аварийных режимов требуемый интервал времени может оказаться меньше с. В этом случае для интервала времени от 10 3 до и при условии, что структура СПП включена на этом интервале полностью, переходное тепловое сопротивление может быть определено по формуле (4.9).

Если в результате расчетов получим, что условие (4.73), (4.74) или (4.81) не выполняется, то следует выбрать прибор с ближайшим большим классификационным значением ударного аварийного тока, либо ограничить аварийный ток введением в схему токоограничивающих реакторов с достаточной индуктивностью, либо провести одновременно оба указанных мероприятия и повторить расчет. Окончательный вариант должен быть экономически обоснован.