Разработка тиристорного ключа

СОДЕРЖАНИЕ 1. Задание на курсовую работу 2. Расчет температуры перехода одного тиристора 3. Расчет количества параллельных ветвей 4. Расчет количества последовательно соединенных тиристоров в ветви 5. Выбор схемы тиристорного ключа 6. Расчет параметров выравнивающих RCD - цепочек Литература 1. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ Разработать тиристорный ключ на тиристорах ТБ151-50-6, установленных на типо вых охладителях О151-80 и охлаждающихся потоком воздуха с температурой 40 С, движущимся со скоростью 12 м/с. Максимальное напряжение, прикладываемое к ключу, 1000 В. На основании математической модели пр еобразователя, в котором должен работать разрабатываемый тиристорный ключ, импульс тока через него имеет два интервала, на каждом из которых ан алитическое описание изменения тока во времени различно. На первом интервале импульс описывается выражением Длительность первого интервала ровна T 1. При t = T 1 ток достиг ает значения I Н2 , после чего наступает второй интервал формирования тока через тиристорный ключ. В начале второго интервала при t =0 ток I 2 = I Н2 и далее описывается выражением Длительность Т 2 второго интервала определяется моментом прохождения тока через нулевое значение. В приведенных выражениях I d = 100 А, L 1 = 1 мГн, R 1 = 2 мОм, U 1 = 1000 В, U S 1 = 180 В, L 2 = 2 мГн, R 2 = 6 мОм, U 2 = 1000 В, U S 2 = -60 В, f = 100 Гц, T 1 = 1 мс, C = 4 мФ. 2. РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЕРЕХОДА ОДНОГО ТИРИСТОРА 2.1. По аналитическим выражениям для тока протекающего через прибор на инт ервале времени от 0 до T 1 по формуле (1.1), и после момента времени T 1 по формуле (1.2). Оп ределили закон изменения тока и построили диаграмму тока, рис. 2.1. По диаграмме определили время завершения импульса T 2 = 8.8 мс. где U F – прямое напряжение на тиристор е, В; I F – величина тока протекающего через прибо р, А. 2.2. Определили аналитическое выражение вольт-амперной характеристики (ВАХ) тиристора. ВАХ тиристора ТБ151-50 взята из справочника [1]. В области токов до 100 А получили зависимость: А при токах свыше 100А: Диаграмма ВАХ приведена на рис.2.2. 2.3. Зная выражения для тока и ВАХ, записали выражение д ля расчета импульса мощности P ( t ): А также рассчитали длительность t и эквивалентног о прямоугольного импульса мощность: где P М – амплитуд а эквивалентного импульса мощности. Получили t и = 4,67 мс. На рис. 2.3. построили диаграмму импульса мощности и эквивалентный импульс мощности. Диаграмма импульса тока Рис. 2.1. Диаграмма ВАХ тиристора Рис. 2.2. Диаграммы импульсов мощности Рис.2.3. 2.4. По значениям t и , T 2 , ( T 2 + t и ), определили тепловые сопротивления переход-среда, по соответс твующей диаграмме для данного прибора из справочника [1]: Zt и = 0,045 С/Вт Z T = 0,055 С/Вт Z ( t и+ T ) = 0,06 С/Вт Rt = 0,97 С/Вт где Ta – т емпература окружающей среды, С. Температура перехода одного тиристора: Tj = 1481 С. 2.5. Рассчитали температуру перехода T j при дан ном импульсе тока, при включении только одной ветви, в установившемся те пловом режиме по формуле: 3. РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ВЕТВЕЙ 3.1. Так как температура одного прибора превышает максимально допустимую температуру прибора. То в этом случае надо использовать параллельное со единение нескольких приборов. Количество параллельных ветвей N можно определить методом последов ательных приближений. Т.е. постепенно увеличиваю количество ветвей расс читываем температуру перехода. 3.2. Методом последовательных приближений определили, ч то при двадцати четырех ( N =24) п араллельных ветвей температура перехода имеет меньшее значение, чем ма ксимально допустимая ( T j 24 =120 С). А при количестве ветве й N =23, температура перехода б удет превышать максимально допустимую ( T j 23 =126 С). Диаграммы импульсов тока при N =24, I 24 и при N =23, I 23 на рис 3.1. Диаграммы импульсов мощности в при N =24, P 24 , P экв24 и при N =23, P 23 , P экв23 на рис 3.2. Минимально возможное количество параллельных ветве й – двадцать четыре. Диаграммы импульсов тока при N =24, и N =23 Рис.3.1. Диаграммы импульсов мощности при N =24, и N =23 Рис.3.2. 4. Расчет количества последовательн о соединенных тиристоров в ветви Т.к. максимально возможное напряжение прикладываемое к ключу 1000В. Использ уемые тиристоры рассчитаны на максимальное напряжение 600В. То одна парал лельная ветвь будет содержать последовательное соединение двух тирист оров. Для равномерного деления напряжения между последовательно включ енными приборами применяются выравнивающие цепи. 5. Выбор схемы тиристорного ключа Для равномерного деления токов м ежду приборами применяют специальные выравнивающие элементы и схемы. Простейшими выравнивающими ток элементами могут быть резисторы с равн ыми сопротивлениями, включенные последовательно с каждым из параллель но соединенных приборов. Че м больше сопротивление резисторов, тем больше равномерность деления то ка. Но увеличение общего сопротивления каждой ветви приводит к увеличен ию потерь. Это делает нецеле сообразным такое выравнивание уже при токах через прибор свыше единиц а мпер. При больших токах наиболее распрост раненным способом выравнивания деления тока является использование ин дуктивных трансформаторных делителей тока. Принципиальная электрическая схема т иристорного ключа представлена на рис. 5.1. 6. Расчет параметров выравнивающих RCD – цепочек С целью выравнивания напряжения на отдельных приборах параллельно каж дому из них включается шунтирующий резистор, сопротивление которого мо жно рассчитать по формуле: где n – ко личество последовательно включенных приборов, U RSM – максимальное напряжение для данного класса приборов, В, U RM – наибольшее напряжение на ветви с приборами, В, I RM – наибольший обратный ток, А. Для выравн ивания напряжения в управляемых приборах, параллельно этим приборам вк лючаются конденсаторы, емкость которых рассчитывается по формуле: где Qrr – з аряд восстановления, Кл. ЛИТЕРАТУРА 1. Разработка тиристорного ключа: Методические указания к курсовой работ е / Чернявский Н.И. – Тольятти: ТолПИ, 1995. 2. Чебовский О.Г., Моисеев Л.Г., Недошивин Р.П. Силовые полупроводниковые приборы: Справо чник. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 400с. 3. Тугов Н.М., Глебов Б.А., Чарыков Н.А. Полупроводниковые приборы. – М.: Энергоатомиздат , 1990. – С.501-561. 4. Замятин В. Я. и др. Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры. – М.: Радио и связь, 1988. – 576с.