Расчет мощности потерь на управляющем электроде.

Если длительность и скважность требуемых импульсов управления при трапецеидальной форме приняты значениям, приведенным в таблице информационного материала, то допустимая мощность управления Рви берется из этой таблицы.

Если скважность требуемых импульсов управления при трапецеидальной форме импульсов отличается от значений, указанных в таблице ййформационного материала, то по данным указанной таблицы строят графическую зависимость (рис. 4.37), по которой для принятого значения KG находят допустимую мощность .

В таблице, имеющейся в информационном материале выбранного СПП, значения соответствуют и при Гц. Использование зависимости при позволяет получить значение с некоторым запасом.

Если принята форма импульсов управления, отличающаяся от трапецеидальной, то расчет допустимой мощности потерь производят графоаналитическим методом. Для этого по графической зависймости от времени тока импульсов управления (рис. 4.38, а) строят зависимость от времени мощности потерь на управляющем электроде (рис. 4,38,б) по формуле

где -мгновенное значение напряжения на электроде управления, соответствующее току и определяемое по верхней предельно допустимой вольт-амперной характеристике цепи управления, заданной в информационном материале для выбранного СПП (см. кривую А на рис. 4.35).

Зависимость определяют, полагая, что импульсы тока имеют скорость изменения переднего и заднего фронтов, равную бесконечности.

Рис. 4.38. К определению длительности эквивалентного импульса управления: — зависимость тока импульсов управления от времени; б — зависимость мощности потерь на управляющем электроде от времени; в — зависимость от времени мощности потерь прямоугольной формы, эквивалентной мощности

Заменяют зависимость эквивалентной ей по мощности кривой прямоугольной формы с амплитудой импульса и длительностью (рис. 4.38, в). Для этого полагают, что амплитуда импульса равна амплитуде мощности потерь требуемого импульса

и средние мощности импульсов одинаковы:

На основании (4.95) и (4.96) определяют длительность эквивалентного импульса (рис. 4.38, в):

Так как , получим

где — площадь требуемого импульса мощности (рис. ), — масштаб по оси мощности (рис. ), — масштаб по оси времени (рис. ), — мощность потерь, .

Рис. 4.39. Эквивалентная схема управления тиристором: ИУ — источник управления

Определяют скважность эквивалентного импульса по формуле

Строят графическую зависимость (см. рис. 4.37) по данным таблицы «Предельно допустимые характеристики управляющего электрода», заданной для выбранного СПП в информационных материалах, и по ней находят допустимую мощность , соответствующую .

Для принятого импульса управления должно выполняться условие

(4.100)

В противном случае следует уменьшить либо , либо и повторить расчет.

Расчет схемы управления. При расчете схемы управления определяют напряжение холостого хода и внутреннее сопротивление источника управления (ИУ), при которых обеспечиваются требуемые параметры прямоугольного импульса (рис. 4.39).

Напряжение и сопротивление должны выбираться таким образом, чтобы линия нагрузки ИУ проходила через область надежного отпирания ВАХУ, не пересекая гиперболу максимально допустимой мощности потерь и область негарантированного отпирания при всех возможных в эксплуатации отклонениях и от расчетных значений (рис. 4.40).

Возможные отклонения напряжения определяются максимально допустимыми колебаниями напряжения источника питания, а возможные отклонения сопротивления — допуском на отклонения его величины от номинального значения и пределами изменения при максимальном колебании Температуры окружающей среды.

Обычно ИУ имеет сравнительно небольшое внутреннее сопротивление, поэтому для ограничения тока управления целесообразно последовательно с электродом управления включить дополнительное сопротивление, которое условно будем относить к внутреннему сопротивлению.

Рис. 4.40. Предельные линии нагрузки 1 и 2 ИУ: кривые А и В соответствуют предельно допустимым характеристикам управляющего электрода тиристора

К будем также относить сопротивление соединительных проводов.

Линия нагрузки 1, соответствующая минимальному значению напряжения и максимальному значению сопротивления Лвнтал не должна проходить ниже точки С (рис. 4.40) пересечения линий, соответствующих и , а может лишь касаться этой точки в предельном случае. Линия нагрузки 2, соответствующая максимальному напряжению и минимальному сопротивлению , не должна пересекать линию 3 допустимой мощности потерь Для выбранной длительности и скважности импульса, а может лишь касаться ее (точка ).

В случае, когда область гарантированного отпирания ограничена гиперболой допустимой мощности потерь Рам (кривая 3), то наибольшее значение минимального тока управления может быть получено, когда линия нагрузки 2 касается гиперболы мощности в точке Е пересечения гиперболы с кривой А, соответствующей тиристору с наибольшим входным сопротивлением (рис. 4.41). Максимальное напряжение холостого хода ИУ принимают равным напряжению в точке пересечения нагрузочной прямой 2 с осью ординат, при этом должно выполняться условие

(4.101)

где — напряжение на управляющем электроде в точке Е.

Минимальное сопротивление соответствующее линии нагрузки 2, находят по формуле

(4.102)

где - ток, соответствующий точке пересечения нагрузочной прямой 2 с осью абсцисс.

Рис. 4.41. Линии нагрузки 1 и 2 ИУ при ограничении, накладываемом (линия 3); кривые А и В соответствуют предельно допустимым характеристикам управляющего электрода тиристора

Проверка выбранных параметров ИУ проводится по формуле

(4.103)

т. е. линия нагрузки 1 не должна пересекать область негарантированного отпирания .

Если область гарантированного отпирания ограничена как гиперболой мощности , так и максимально допустимым напряжением на управляющем электроде, то нагрузочная прямая 2 должна проходить через точку F пересечения горизонтальной прямой, соответствующей , с кривой А (рис. 4.42) и касаться гиперболы допустимой мощности в точке D, расположенной ниже прямой .

В этом случае значения и находят графически по рис. 4.42 аналогично тому, как указано выше, когда область ограничена гиперболой , т. е. условия должны выполняться.

В случае, когда импульсы управления имеют форму, показанную на рис. 4.36, в ток обеспечивается источником управления, а ток может быть получен за счет суммирования тока и импульса тока разряда конденсатора, при этом суммарная мощность потерь на управляющем электроде не должна превышать допустимого значения.

Рис 4.42. Линии нагрузки 1 и 2 ИУ при ограничении, накладываемом Рам (линии 3 и кривые А и В соответствуют предельно допусти мм характеристикам управляющего электрода тиристора

Общие требования, предъявляемые к источнику управления тиристорами:

а) генерирование импульсов управления с параметрами, обеспечивающими надежное включение любого тиристора данного типа во всем требуемом диапазоне изменения угла регулирования;

б) сохранение значений параметров импульсов управления в переходных режимах работы (включение, скачкообразное измерение угла регулирования и т. д.);

в) изменение значений параметров импульсов управления в допустимом диапазоне при всех возможных в эксплуатации изменениях параметров сети, нагрузки и окружающей температуры, а также при замене любого элемента схемы ИУ с отклонениями значений параметров элемента в пределах его технических условий;

г) удержание тиристоров во включенном состоянии или повторное включение их на интервале проводимости при прерывистых токах нагрузки ПУ;

д) формирование последовательности импульсов управления на электродах управления тиристоров ПУ, обеспечивающей требуемые очередность и интервалы их работы;

е) исключение влияния коммутационных искажений питающего напряжения на надежность работы источника управления;

ж) невозможность подачи на электрод управления тиристора положительного напряжения при отрицательном анодном напряжении или наличие на электроде управления достаточно малого положительного напряжения, значение которого должно быть согласовано с заводом-изготовитейем тиристора.

Следует помнить, что наличие положительного напряжения на электроде управления при отрицательном анодном напряжении приводит к увеличению мощности потерь в тиристоре, что должно учитываться при расчете допустимого анодного тока;

з) отсутствие электрических помех, способных вызвать ложное включение тиристора.

Подавление электрических помех является исключительно важной проблемой.

Электрические помехи могут возникать в следующих случаях:

монтажные провода схемы управления и силовой схемы проложены совместно, при этом переключение тиристоров в силовой схеме вызывает резкое изменение формы тока, что приводит к появлению электрических помех с широким спектром частот в схеме управления;

при объединении монтажных проводов схемы управления высокая скорость нарастания тока управления в одних проводах схемы управления может приводить к появлению электрической помехи в других цепях схемы.

Следует помнить, что с изменением температуры структуры тиристора, например от 25° С до , отпирающей ток уменьшается не более чем в 2 раза, в то время как неотпирающий ток , определяющий допустимый уровень электрической помехи, может уменьшиться более чем в 10 раз.

Меры повышения помехозавдищенносги цепей схемы управления:

а) монтажные провода силовой схемы и схемы управления должны прокладываться раздельно;

б) провода схемы управления, по которым передаются управляющие импульсы, должны попарно скручиваться;

в) выходной импульсный трансформатор необходимо размещать рядом с силовым тиристором, на который от этого трансформатора поступает импульс управления;

г) выходные импульсные трансформаторы должны иметь изоляцию обмоток с низкой диэлектрической проницаемостью и обмотки с малым числом витков;

д) устройства для подавления помех должны размещаться внутри или непосредственно у источника электрических помех.

Радикальным схемным способом защиты тиристора от помех является, например, установка полупроводникового ключевого элемента параллельно управляющему переходу тиристора (управляющий электрод—катод), при этом ключевой элемент должен быть открыт и должен шунтировать управляющий переход все время, пока тиристор находится в закрытом состоянии. Ключевой элемент закрывается синхронно с подачей управляющего импульса для отпирания тиристора и остается закрытым до конца требуемого интервала проводимости тиристора.

Для защиты тиристора от помех может также использоваться подача на электрод управления отрицательного напряжения (напряжения смещения) допустимого значения при положительном напряжении на аноде тиристора. Напряжение смещения подается на интервале, когда тиристор должен быть закрыт.