электрические приборы и машины
 
 
   
 
   
 
 
     
 

Свойства тиристоров повышенной частоты

Учёт влияния инерционных свойств тиристоров повышенной частоты

При анализе тиристорных генераторов, работающих даже на повышенных частотах (вплоть до нескольких десятков килогерц), инерционные свойства тиристоров, вызванные процессами включения и выключения, не учитывались.

Однако по мере увеличения генерируемых частот время протекания импульсов тока через тиристоры становится сравнимым, например, со временем включения.

Режим работы генераторов в этом случае будет зависеть от соотношения указанных величин. В частности, для высокочастотных тиристоров типа ТЧ указанные времена становятся сравнимыми уже при частотах около 40—50 кГц и довольно существенно влияют на режим работы генератора.

Влияние инерционности тиристоров может быть учтено при анализе генераторов любого типа. Однако наибольший интерес учет влияния инерционности тиристоров представляет для многоячейковых генераторов, работающих на наиболее высоких частотах.

С учетом инерционных свойств тиристор уже не может быть представлен идеальным ключом. При его включении выделяют два участка: задержки, когда напряжение на тиристоре после прихода управляющего импульса уменьшается от первоначального значения Ua1 до 0,9 Ua1 и нарастания, когда ток возрастает, а напряжение уменьшается от 0,9 Ua1 до 0,1 Ua1.

На участке задержки ток через тиристор пренебрежимо мал, и наличие задержки можно считать эквивалентным некоторому временному сдвигу напряжения управления.

В работах установлено, что на участке нарастания изменение напряжения на тиристоре имеет экспоненциальный характер:

ua(t)=0,9Ua1e -t/tн(5-89)

где tн — время нарастания.

В течение следующего за нарастанием участка установления, когда напряжение на тиристоре изменяется от 0,1 Ua1 до остаточного напряжения 1—2 В, напряжение на тиристоре малб и изменяется сравнительно медленно.

Поэтому оно хотя и влияет на значение потерь в тиристорах, но на режиме работы генератора сказывается слабо. А если само напряжение мало влияет на режим работы генератора, то тем более слабым будет влияние характера его изменения.

Для простоты дальнейших математических выкладок напряжение на тиристорах на участке установления примем изменяющимся по тому же экспоненциальному закону, что и на участке нарастания.

Как показывает эксперимент, инерционность тиристоров во время выключения существенного влияния на формы токов и напряжений не оказывает, и учет ее здесь не рассматривается.

Таким образом, падение напряжения на тиристоре при включении имеет экспоненциальный характер, описываемый выражением (5-89).

Напряжение, прикладываемое к тиристору до его включения, изменяется обычно значительно медленнее, чем следует из выражения (5-89).

Поэтому форма напряжения, прикладываемого к тиристору до его включения, практически не влияет на закон изменения напряжения после включения и можно всегда пользоваться формулой (5-89).

Поскольку закон изменения напряжения на тиристоре, представленном неидеальным ключом, найден, то при подключении с помощью этого ключа какого-либо генератора к некоторой электрической цепи напряжение на входе последней описывается в каждый данный момент времени разностью между напряжением на тиристоре до его включения и изменяющимся напряжением на тиристоре:

u=0,9Ua1(1-e -t/tн) (5-90)

Эквивалентная схема тиристорного генератора по аналогии с приведенной ранее схемой (рис. 5-11), но с учетом инерционных свойств тиристоров и выражения (5-90) может быть представлена в виде последовательного соединения индуктивности Lp, емкости Ср, идеального ключа Кл и двух генераторов ЭДС е1 и е2, причем

(5-91)

ЭДС е1 учитывает начальное напряжение на емкости Ср, ЭДС е2 — на контуре нагрузки Lк, Ск, rн.

Дифференциальное уравнение для такой эквивалентной схемы имеет вид

(5-92)

Решая его, получим выражение для тока через тиристор:

(5-93)

где величины τ, v, ψ, kС — те же, что и в предыдущем параграфе, a τн=ωtн — безразмерное время нарастания.

Выше был определен оптимальный режим работы генератора, обеспечиваемый условиями:

(5-94)

Используя эти условия и равенство нулю тока тиристора при его выключении, можно получить четыре уравнения для определения параметров kC, v, ψ и длительности импульса тока через тиристор τ1 для оптимального режима в функции величины τн, которая характеризует инерционность тиристоров:

(5-95)

Решая эту систему уравнений, получим зависимости kСн), v (τн), τ2н), ψ (τн), приведенные на рис. 5-16 и 5-17.

Активная составляющая первой гармоники тока тиристоров, протекающая через контур нагрузки, и постоянная составляющая тока одного из тиристоров соответственно равны

(5-96)

   

Коэффициенты а1, а0 определяются формулами (5-71).

На рис. 5-16 приведены зависимости а1н), а0н).

Из полученных зависимостей видно, что с ростом τн, т. е. при увеличении генерируемых частот, для получения оптимального режима необходимо выбирать большие значения v.

Величины а1, а0 от τн зависят мало.

 

Рис. 5-16. Зависимости дли величин α0, α1, kC, v

   

На рис. 5-16 штриховыми линиями показаны полученные экспериментально кривые для величин kc и v.

Инженерная методика расчета генератора полностью аналогична рассмотренной в начале параграфа с той только разницей, что величины kс, ψ, a1, а0 выбираются для соответствующего значения τн из рис. 5-16 и 5-17.

Рис. 5-17. Зависимости для величин τ2 и ψ

 
 
     
 
Copyright © 2012 Электродвигатели и трансформаторы
электрические приборы и машины
Rambler's Top100
Создание сайта Вебцентр