Расчет параметров импульсов управления тиристорами

Расчет элементов системы управления выполняется в следующей последовательности: вначале рассчитываются и определяются параметры импульсов управления тиристорами и рассчитывается выходной каскад, а затем расчет продолжают, начиная с первого каскада [8].

При разработке систем управления (СУ) тиристорами общего применения (незапираемыми) необходимо учитывать следующее.

) Сигнал управления служит только для включения тиристора. По этой причине управление тиристором можно осуществлять короткими импульсами. Это снижает потери в тиристоре и мощность, потребляемую СУ от источника питания.

) Импульс управления должен иметь максимально возможную скорость нарастания и повышенную амплитуду тока в начальный момент включения тиристора. Это ускоряет процесс включения и повышает максимально допустимую скорость нарастания анодного тока тиристора (di_а/dt) _макс и снижает вероятность выхода его из строя.

Амплитуда тока и амплитуда напряжения импульсов управления определяются типом тиристора, характером нагрузки и должны быть достаточны для надежного включения любого тиристора выбранного типа во всем диапазоне рабочих температур. В то же время ток управления I _у и напряжение на управляющем электроде тиристора U _у не должны превышать максимально допустимых для данного типа тиристора значений, чтобы не вывести тиристор из строя.

Для расчета необходимой величины тока и напряжения управления используются предельные характеристики цепи управления.

Свойства источника управляющих импульсов характеризуются его нагрузочной линией - прямой, соединяющей точку U _{у. хх}, соответствующую напряжению холостого хода источника управляющих сигналов при отключенном управляющем электроде тиристора, с точкой I _{у. кз}, соответствующей выходному току источника сигналов управления при коротком замыкании входной цепи тиристора. При этом I _{у. кз} = U _{у. хх}/ R _вн, где R _вн - внутреннее сопротивление источника управляющих сигналов (выходного каскада СУ). В это сопротивление входит и добавочное сопротивление, включенное последовательно в цепь управляющего электрода тиристора.

Для надежного включения любого тиристора выбранного типа нагрузочная характеристика источника управляющего сигнала должна располагаться выше области негарантированного включения тиристора, ограниченной минимальными значениями отпирающего тока управления I _{y. o.} и отпирающего напряжения управления U _{y. o.,} либо соприкасаться с ней в одной точке. В то же время данная нагрузочная характеристика должна проходить ниже кривой, характеризующей максимально допустимую мощность потерь на управляющем электроде тиристора (для данной частоты и скважности управляющих импульсов).

Наиболее оптимальным является источник управляющих импульсов, имеющий напряжение холостого хода равное U _{у. хх} =2 U _{y. o.,} а ток короткого замыкания I _{у. кз}=2 I _{y. o.} [8].

Снижение напряжения U _{у. хх} и уменьшение наклона нагрузочной характеристики источника управляющих сигналов нецелесообразно, т.к. приводит к увеличению мощности, выделяемой в управляющем переходе тиристоров с малым сопротивлением управляющего перехода и резко неравномерной загрузке током управляющих переходов тиристоров. Увеличение наклона характеристики также приводит к неравномерной загрузке управляющих переходов и к увеличению напряжения питания и мощности источника импульсов.

Для обеспечения уверенного включения тиристора при любых неблагоприятных сочетаниях внешних факторов (окружающей температуры, питающего напряжения) область негарантированного включения должна быть построена для минимальной окружающей температуры, а напряжение управления должно быть взято с учетом его допустимого снижения.

Длительность импульсов управления t_и должна быть больше времени включения тиристора t _вкл, т.е. должно выполняться условие t _и ³ t _вкл. Но в любом случае длительность импульсов должна быть достаточной, чтобы за время t _и силовой ток тиристора I _а должен успеть нарасти до значения не менее тока включения тиристора I _вкл, т.е. должно выполняться условие I _а³ I _вкл. В этом случае происходит гарантированное включение тиристора. Выполнение последнего условия (I _а ³ I_вкл) особенно необходимо проверять в моменты запуска (включения) тиристорного преобразователя, работающего на активно-индуктивную нагрузку. Индуктивность нагрузки приводит к затягиванию процесса нарастания тока в тиристоре. При активно-индуктивной нагрузке ток в силовой цепи тиристора нарастает сравнительно медленно, в этом случае для управления тиристорами рекомендуется использовать более широкие импульсы управления (длительностью 100мкс. и более).

Разрабатывая источник управляющих сигналов, необходимо учитывать, что управляющее напряжение, подаваемое на тиристор, должно быть однополярным. Отрицательное напряжение на управляющем электроде не должно превышать значений, указанных в ТУ и паспортных данных тиристора (обычно это, примерно, 0.5 В). Для предохранения управляющей цепи от недопустимого отрицательного напряжения (например, обратного выброса напряжения импульсного трансформатора) последовательно в цепь управляющего электрода включается диод.

В результате расчета силовой схемы выбран тиристор типа Т112-16 имеющий следующие параметры [7]:

максимально допустимый средний ток, I _{а. ср} - 16 А;

отпирающее напряжение управления, U _у.0 - 7,5 В;

отпирающий ток управления, I _у.0 - 0,12 А;

время включения, t _вкл - 10 мкс.

Оптимальным является положение линии нагрузки, на семействе входных характеристик, при котором U _{у. хх} = 2 U _у.0; I _{у. кз} = 2 I _у.0.

Таким образом, параметры источника управляющих импульсов равны:

U _{у. хх} = 15 В; I _{у. кз} = 0,24 А.

Для управления тиристором используем импульсы прямоугольной формы. Длительность импульсов t _и выбирается из условия t _и ³ t _вкл. Учитывая что тиристор типа Т112-10 имеет время включения t _вкл = 10 мкс, выбираем t _и = 100мкс.