Учебная работа. Разработка тиристорного ключа

Учебная работа. Разработка тиристорного ключа

1

СОДЕРЖАНИЕ

1. Задание на курсовую работу

2. Расчет температуры перехода 1-го тиристора

3. Расчет количества параллельных веток

4. Расчет количества поочередно соединенных тиристоров в ветки

5. Выбор схемы тиристорного ключа

6. Расчет характеристик разглаживающих RCD — цепочек

Литература

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ работу

Создать тиристорный ключ на тиристорах ТБ151-50-6, установленных на типовых охладителях О151-80 и охлаждающихся потоком воздуха с температурой 40С, передвигающимся со скоростью 12 м/с. Наибольшее напряжение, прикладываемое к ключу, 1000 В.

На основании математической модели преобразователя, в каком должен работать разрабатываемый тиристорный ключ, импульс тока через него имеет два интервала, на любом из которых аналитическое описание конфигурации тока во времени различно.

На первом интервале импульс описывается выражением

Продолжительность первого интервала ровна T1.

При t=T1 ток добивается значения IН2, опосля чего же наступает 2-ой интервал формирования тока через тиристорный ключ. Сначала второго интервала при t=0 ток I2=IН2 и дальше описывается выражением

Продолжительность Т2 второго интервала определяется моментом прохождения тока через нулевое значение.

В приведенных выражениях

Id = 100 А, L1 = 1 мГн, R1 = 2 мОм, U1 = 1000 В, US1 = 180 В,

L2 = 2 мГн, R2 = 6 мОм, U2 = 1000 В, US2 = -60 В, f = 100 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ),

T1 = 1 мс, C = 4 мФ.

2. РАСЧЕТ температуры ПЕРЕХОДА ОДНОГО ТИРИСТОРА

2.1. По аналитическим выражениям для тока протекающего через устройство на интервале времени от 0 до T1 по формуле (1.1), и опосля момента времени T1 по формуле (1.2). Обусловили закон конфигурации тока и выстроили диаграмму тока, рис. 2.1.

По диаграмме обусловили время окончания импульса T2 = 8.8 мс.

где UF — прямое напряжение на тиристоре, В;

IF — величина тока протекающего через устройство, А.

2.2. Обусловили аналитическое выражение вольт-амперной свойства (ВАХ) тиристора. ВАХ тиристора ТБ151-50 взята из справочника [1]. В области токов до 100 А получили зависимость:

А при токах выше 100А:

Диаграмма ВАХ приведена на рис.2.2.

2.3. Зная выражения для тока и ВАХ, записали выражение для расчета импульса мощности P(t):

Также высчитали продолжительность tи эквивалентного прямоугольного импульса мощность:

где PМ — амплитуда эквивалентного импульса мощности.

Получили tи = 4,67 мс.

На рис. 2.3. выстроили диаграмму импульса мощности и эквивалентный импульс мощности.

1

Диаграмма импульса тока

Рис. 2.1.

1

Диаграмма ВАХ тиристора

Рис. 2.2.

1

Диаграммы импульсов мощности

Рис.2.3.

2.4. По значениям tи, T2, (T2+tи), обусловили термо сопротивления переход-среда, по соответственной диаграмме для данного устройства из справочника [1]:

Ztи = 0,045 С/Вт

ZT = 0,055 С/Вт

Z(tи+T) = 0,06 С/Вт

Rt = 0,97 С/Вт

где Ta — температура окружающей среды, С.

Температура перехода 1-го тиристора: Tj = 1481 С.

2.5. Высчитали температуру перехода Tj при данном импульсе тока, при включении лишь одной ветки, в установившемся термическом режиме по формуле:

3. РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ВЕТВЕЙ

3.1. Потому что температура 1-го устройства превосходит очень допустимую температуру устройства. То в этом случае нужно применять параллельное соединение нескольких устройств. количество параллельных веток N можно найти способом поочередных приближений. Т.е. равномерно увеличиваю количество веток рассчитываем температуру перехода.

3.2. Способом поочередных приближений обусловили, что при 20 4 (N=24) параллельных веток температура перехода имеет наименьшее значение, чем очень допустимая (Tj24=120 С). А при количестве веток N=23, температура перехода будет превосходить очень допустимую (Tj23=126 С).

Диаграммы импульсов тока при

N=24, I24 и при N=23, I23 на рис 3.1.

Диаграммы импульсов мощности в при

N=24, P24 , Pэкв24 и при N=23, P23 , Pэкв23 на рис 3.2.

Мало вероятное количество параллельных веток — 20 четыре.

Диаграммы импульсов тока при N=24, и N=23

1

Рис.3.1.

Диаграммы импульсов мощности при N=24, и N=23

1

Рис.3.2.

4. Расчет количества поочередно соединенных тиристоров в ветки

Т.к. очень вероятное напряжение прикладываемое к ключу 1000В. Применяемые тиристоры рассчитаны на наибольшее напряжение 600В. То одна параллельная ветвь будет содержать последовательное соединение 2-ух тиристоров. Для равномерного деления напряжения меж поочередно включенными устройствами используются разглаживающие цепи.

5. Выбор схемы тиристорного ключа

Для равномерного деления токов меж устройствами используют особые разглаживающие элементы и схемы.

Простейшими разглаживающими ток элементами могут быть резисторы с равными сопротивлениями, включенные поочередно с каждым из параллельно соединенных устройств. Чем больше сопротивление резисторов, тем больше равномерность деления тока. Но повышение общего сопротивления каждой ветки приводит к повышению утрат. Это делает нецелесообразным такое сглаживание уже при токах через устройство выше единиц ампер.

При огромных токах более всераспространенным методом сглаживания деления тока является внедрение индуктивных трансформаторных делителей тока.

Принципная электронная схема тиристорного ключа представлена на рис. 5.1.

6. Расчет характеристик разглаживающих RCD — цепочек

С целью сглаживания напряжения на отдельных устройствах параллельно любому из их врубается шунтирующий резистор, сопротивление которого можно высчитать по формуле:

где n — количество поочередно включенных устройств,

URSM — наибольшее напряжение для данного класса устройств, В,

URM — наибольшее напряжение на ветки с устройствами, В,

IRM — больший оборотный ток, А.

Для сглаживания напряжения в управляемых устройствах, параллельно сиим устройствам врубаются конденсаторы, емкость которых рассчитывается по формуле:

где Qrr — заряд восстановления, Кл.

ЛИТЕРАТУРА

1. Разработка тиристорного ключа: Методические указания к курсовой работе / Чернявский Н.И. — Тольятти: ТолПИ, 1995.

Чебовский О.Г., Моисеев Л.Г., Недошивин Р.П. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник. — М.: Энергоатомиздат, 1985. — 400с.

Тугов Н.М., Глебов Б.А., Чарыков Н.А. Полупроводниковые приборы. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — С.501-561.

Замятин В.Я. и др. Массивные полупроводниковые приборы. Тиристоры. — М.: Радио и связь, 1988. — 576с.

]]>