вход Вход Регистрация



В общем случае мощность потерь в тиристоре имеет пять составляющих:

где: - потери от прямого тока;

- потери при включении тиристора;

- потери при выключении тиристора;

- потери от токов истока;

- потери от тока управления.

В большинстве случаев, потерями от токов истока и тока управления можно пренебречь. Потери от прямого тока и потери при выключении исчисляются так же, как и для диода.

Для расчетов потерь в тиристоре при включении, удобно сделать допущение о линейном законе изменения напряжения между анодом и катодом тиристора на этапе убыли анодного напряжения:

, (1.9)

где: - напряжение между анодом и катодом тиристора;

- амплитуда ЭДС что комутуе;

- продолжительность убыли анодного напряжения при включении.

Уравнение (1.9) справедливое при , считая, что начало отсчета времени совпадает с началом убыли анодного напряжения.

Тогда, в соответствии со вторым законом Кирхгофа для эквивалентной схемы, показанной на рис. 1.4.(б), пренебрегая падением

 

 

напряжения на тиристоре, который выходит из работы, получим:

. (1.10)

Решивши (1.10) относительно анодного тока, будем иметь:

. (1.11)

Постоянная интегрирования определяется исходя из начальных условий. Поскольку для вентиля, который вступает в работу, начальный ток равняется нулю, то, соответственно, и постоянная интегрирование тоже равняется нулю.

К моменту убыли анодного напряжения к нулю, то есть при анодный ток тиристора достигает некоторой величины , которую будем называть расчетной и которую можно вычислить по (1.11):

. (1.12)

Тогда, учитывающие то, что , уравнение для анодного тока можно представить в следующем виде:

. (1.13)

Таким образом, при включении тиристора, на интервале убыли напряжения между анодом и катодом (напряжение спадает по линейному закону), изменение анодного тока тиристора происходит по квадратичному закону.

В этом случае потери в тиристоре при включении определяются соотношением:

. (1.14)

Как видно из (1.12) величина определяется индуктивностью коммутационного контура, который определяет скорость нарастания анодного тока тиристора. Уравнение (1.14) показывает, что при уменьшении величины расчетного тока происходит уменьшения и потерь при включении. При этом, как видно из развертываний процессов в схеме, показанных на рис. 1.5, с уменьшением скорости коммутации увеличиваются углы коммутации, которая приводит к уменьшению среднего значения исходного напряжения выпрямителя.

Нетрудно видеть, что уменьшение этой индуктивности приводит к росту скорости нарастания анодного тока и вызывает увеличение потерь при включении. Интересный предельный случай, так называемая "жесткая коммутация", когда индуктивность коммутационного кола равняется нулю. В этом случае, напряжение между анодом и катодом тиристора, который вступает в работу, не может упасть к нулю до тех пор, пока не восстановиться обратное сопротивление тиристора, который выходит из работы. Считая линейным закон нарастания анодного тока, потери при включении можно определить по формуле:

. (1.15)

Как видно из (1.15), в режиме "жесткой" коммутации потери при включении тиристора резко возрастают, что хорошо иллюстрируется формой траекторий переключения, показанных на рис. 1.6 (пунктирная кривая отвечает режиму "жесткой" коммутации). Такой режим работы требует очень больших запасов по току, которые обычно допустим лишь в преобразователях малой мощности.

Во многих схемах автономных инверторов величина индуктивности коммутационного контура выбирается разработчиком. В этом случае удобно выбрать эту индуктивность таким образом, чтобы выполнялось соотношение . Такой подход обеспечивает некоторый компромисс между скоростью коммутации и величиной потерь при включении, и дает возможность получить простое соотношение для выбора величины токоограничивающего реактора:

Потери в тиристоре при выключении можно вычислить по формулам (1.6) или (1.7), полученным выше для диода, в которых нужно использовать , где - время убыли обратного тока тиристора.

Как видно из развертываний показанных на рис. 1.5.(в), на интервалах переключения тиристоров исходное напряжение выпрямителя равняется нулю, причем продолжительность этой паузы равняется сумме времени убыли анодного тока тиристора, который выходит из работы, (или времени нарастания анодного тока тиристора, который вступает в работу, к уровню тока нагрузки) и времени его обратного восстановления. Сокращение продолжительности этой паузы, с целью повышения коэффициента преобразования выпрямителя, возможно за счет увеличения скорости коммутации (уменьшение ), но это, в свою очередь, приводит к росту потерь при включении и выключении тиристоров.

Таким образом, при повышении рабочей частоты увеличиваются коммутационные потери в тиристорах, и уменьшается исходное напряжение выпрямителя, который, в конечном итоге, и ограничивает достижимый ( при заданных динамических параметрах тиристоров) диапазон рабочих частот преобразователя.

Необходимо добавить, что характер электромагнитных процессов при коммутации тока в инверторах известных сетью и в автономных инверторах с емкостной коммутацией, практически, не отличается от процессов, рассмотренных выше для выпрямителя. Поэтому основные выводы, а также расчетные соотношения, которые определяют коммутационные потери, справедливые и для большинства схем автономных инверторов. Исключением являются схемы резонансного типа, в которых коммутация происходит при переходе анодного тока тиристора через нуль.

 

© 2018
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру