Определение параметров схемы управления тиристором

 

Тиристор может управляться или постоянным током или импульсом.

Амплитуды тока и напряжения сигналов 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 _y 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 [2, 3].

В качестве примера на рис. 2.1 приведены предельные характеристики цепи управления тиристора типа Т132­–50. Здесь же показаны минимальные значения отпирающего тока I_у.о и напряжения U_y.o для рабочих температур +25°С и –50°С во всем диапазоне возможных изменений рабочих напряжений на аноде. На этом же рисунке приведены также кривые 1 – 4 предельно допустимой мощности, выделяющейся на управляющем переходе.

Рис. 1.1

 

Обычно в справочной литературе указывается среднее значение максимально допустимой мощности на управляющем переходе Р_{у.ср.макс} при управлении постоянным током. На практике управление тиристорами чаще осуществляется при помощи коротких импульсов, в этом случае допустимая импульсная мощность управляющих импульсов может быть больше по сравнению со значением Р _{у.ср.макс} и зависит от относительной длительности управляющих импульсов:

%,

где t_и – длительность импульсов управления;

Т - период повторения импульсов.

Допустимая импульсная мощность может быть определена следующим образом:

.

Для очень коротких импульсов (t _И < 100 мкс) это выражение не применяется, и в таких случаях необходимо пользоваться экспериментальными кривыми, приводимыми в справочниках [1,2]. На рис. 2.1 приведены кривые допустимой импульсной мощности управляющего перехода для различных значений t _отн:

1 - t _отн = 100%, 2 - t _отн = 50%, 3 - t _отн =25%, 4 - t _отн 10%.

Свойства источника управляющих импульсов характеризуются его нагрузочной линией – прямой, соединяющей точку, соответствующую напряжению холостого хода U _у.хх источника управляющих сигналов, с точкой I _у.кз, соответствующей току источника, при коротком замыкании входной цепи тиристора. При этом , где R _вн – внутреннее сопротивление источника, включающее и добавочное сопротивление в цепи управляющего электрода.

Для надежного включения любого тиристора данного типа нагрузочная характеристика источника управляющего сигнала должна располагаться выше области негарантированного управления, ограниченной минимальными значениями отпирающего тока и напряжения, либо соприкасаться с ней в одной точке. В то же время данная нагрузочная характеристика в области между предельными вольт-амперными характеристиками управляющего перехода (кривые А и Б) должна проходить ниже кривой, характеризующей максимально допустимую мощность рассеяния на управляющем электроде (для данной частоты и скважности управляющих импульсов).

Напряжение U _y.xx может быть задано или определено в результате расчета схемы управления. В этом случае необходимое минимальное значение тока I _у.кз источника управляющих импульсов прямоугольной формы может быть определено по формуле

Наиболее оптимальным является источник управляющих импульсов, имеющий напряжение холостого хода, равное U _y.xx=2 U _y.o, а внутреннее сопротивление – R _вн= U _y.o/ I _у.о [2].

Снижение напряжения U _y.xx и уменьшение наклона внешней характеристики источника управляющих сигналов нецелесообразно, т. к. приводит к увеличению мощности, выделяемой в управляющем переходе тиристоров с малым сопротивлением управляющего перехода, и неравномерной загрузке током управляющих переходов тиристоров. Увеличение наклона внешней характеристики также приводит к неравномерной загрузке управляющих переходов и к увеличению мощности генератора импульсов.

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

Обычно нагрузочная прямая строится после того, как выбраны форма и длительность управляющих импульсов. В качестве примера на рис. 2.1 приведен один из возможных вариантов нагрузочной прямой источника управляющих сигналов, обеспечивающий четкое отпирание любого тиристора Т132­–50 во всем температурном диапазоне от +125°С до –50^оС.

В данном случае для надежного отпирания тиристора источник управляющих сигналов должен иметь следующие параметры:

U _у.хх=23 В, I _у.кз=1,2 А.

Длительность и форма управляющих импульсов выбирается из следующих соображений. На практике, для управления тиристорами, используют импульсы прямоугольной формы. Это способствует повышению КПД и снижению мощности и габаритных размеров системы управления.

При выборе параметров импульсов управления необходимо стремиться к возможно более коротким импульсам с минимальной длительностью переднего фронта и максимально допустимой амплитудой тока. Это способствует уменьшению времени включения, мощности потерь и повышению стойкости тиристора к значениям d i /d t. Увеличение крутизны управляющих импульсов особо важное значение имеет при групповом соединении тиристоров.

Для уменьшения разброса времени включения тиристоров скорость нарастания тока управления ими должна быть не менее 1 А/мкс, а амплитуда тока управления – не менее 1 А [2].

Минимально допустимая длительность импульсов управления (t _y.мин) при активной нагрузке определяется типом тиристора и составляет порядка 10 – 30 мкс. Однако следует учитывать, что при таких «узких» импульсах ток управления, рассчитанный в соответствии с предельными характеристиками цепи управления, должен быть увеличен согласно рекомендациям завода-изготовителя [1].

При активно-индуктивной нагрузке, когда ток в силовой цепи тиристора нарастает сравнительно медленно, для управления тиристорами рекомендуется использовать более широкие импульсы управления (более 100 мкс). При этом часто осуществляется частотная модуляция управляющего импульса.

В любом случае длительность импульсов управления должна быть больше времени включения тиристора t _вкл и за время действия импульса анодный ток тиристора должен увеличиться до значения больше тока удержания I _удерж. В противном случае, после окончания импульса управления тиристор выключается.