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 утечки;

- потери от тока управления.

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

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

, (1.9)

где: - напряжение между анодом и катодом тиристора;

- амплитуда коммутирующей эдс;

- длительность спада анодного напряжения при включении.

Уравнение (1.9) справедливо при , полагая, что начало отсчёта времени, совпадает с началом спада анодного напряжения.

Тогда, в соответствии со вторым законом Кирхгофа для эквивалентной схемы, показанной на рис. 1.4.(б), пренебрегая падением напряжения на выходящем из работы тиристоре, получим:

. (1.10)

Решая (1.10) относительно анодного тока, будем иметь:

. (1.11)

Постоянная интегрирования определяется, исходя из начальных условий. Поскольку для вентиля, вступающего в работу, начальный ток равен нулю, то, соответственно, и постоянная интегрирования тоже равна нулю.

К моменту спада анодного напряжения до нуля, т.е. при анодный ток тиристора достигает некоторой величины , которую будем называть расчетной и которую можно вычислить по (1.11):

. (1.12)

Тогда, с учётом того, что , уравнение для анодного тока можно представить в следующем виде:

. (1.13)

Таким образом, при включении тиристора на интервале спада 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, которая определяет скорость нарастания анодного тока тиристора. Уравнение (1.14) показывает, при уменьшении величины расчетного тока происходит уменьшение и потерь при включении. При этом, как видно из разверток процессов в схеме, показанных на рис. 1.5, с уменьшением скорости коммутации увеличиваются углы коммутации, что приводит к уменьшению среднего значения выходного напряжения выпрямителя.

Нетрудно видеть, что уменьшение этой индуктивности приводит к росту скорости нарастания анодного тока и влечёт за собой увеличение потерь при включении. Интересен предельный случай, так называемая "жесткая коммутация", когда коммутирующая индуктивность равна нулю. В этом случае, напряжение между анодом и катодом вступающего в работу тиристора не может упасть до нуля до тех пор, пока не восстановиться обратное сопротивление выходящего из работы тиристора. Полагая 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 соответствует режиму "жесткой" коммутации). Такой режим работы требует очень больших запасов по току и, 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 следует использовать , где - время спада обратного тока тиристора.

Как видно из развёрток показанных на рис. 1.5.(в), на интервалах переключения тиристоров выходное напряжение выпрямителя равно нулю, причём длительность этой паузы равна сумме времени спада анодного тока выходящего из работы тиристора (или времени нарастания анодного тока вступающего в работу тиристора до уровня тока нагрузки) и времени его обратного восстановления. Сокращение длительности этой паузы, с целью повышения коэффициента преобразования выпрямителя, возможно за счёт увеличения скорости коммутации (уменьшения ), 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 выходное напряжение выпрямителя, что, 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 ведомых сетью и в автономных инверторах с емкостной коммутацией, практически, не отличается от процессов, рассмотренных выше для выпрямителя. Поэтому основные выводы, а также расчетные соотношения, определяющие коммутационные потери, справедливы 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