Полупроводниковых приборов

В схемах преобразователей электроподвижного состава тиристоры и диоды, показанные на рис. 4, а, часто представляют из себя несколько последовательно-параллельно включенных полупроводниковых приборов.

Число m последовательно включенных приборов определяется из условия обеспечения максимально допустимого повторяющегося напряжения на приборе U_п при пробое одного из них

(3.1)

где U_vн - наибольшее (максимально возможное в рабочем режиме) напряжение

на диоде или тиристоре, показанном на рис. 4, а;

k₁ - коэффициент, учитывающий неравномерное распределение приложен-

ного напряжения между последовательно соединенными приборами.

Для нелавинных приборов k₁=0, 8, для лавинных k₁=1.

Значение m_v должно обеспечивать также отсутствие отказов приборов при атмосферных и коммутационных перенапряжениях

(3.2)

где U_нп=1, 12

U_п - максимально допустимое неповторяющееся напряжение на приборе;

k₂=1, 4 -коэффициент, учитывающий уровень ограничения перенапряжений

устройствам защиты.

Полученные по формулам (3.1), (3.2) результаты округляются до ближайшего большего целого числа и из них выбирается большее значение.

Значения наибольших напряжений определяются на основании диаграмм, приведенных на рис. 5 при U=U_max. Наибольшие обратные напряжения на диодах VD1, VD2

U_VD1H = U_maxk_з; (3.4)

U_VD2H = (1+k_З)U_max (3.3)

У тиристоров наибольшими являются прямые напряжения

U_VS1H = U_VS2H = U_max. (3.5)

Число а_v параллельных цепей приборов

, (3.6)

где k_з =0, 8 - коэффициент, учитывающий снижение скорости охлаждающего

воздуха при уменьшении напряжения контактной сети;

k₄=0, 9 - коэффициент, учитывающий подогрев охлаждающего воздуха при

последовательном расположении охладителей (радиаторов)

полупроводниковых приборов;

k₅=0, 85 - коэффициент, учитывающий неравномерное распределение тока

между параллельными ветвями приборов;

I_п - максимально допустимый средний ток прибора (предельный ток);

I_{v н} - наибольший (максимально возможный в рабочем режиме) средний

ток диода или тиристора, показанного на рис. 1, а.

Формулы для расчета I_{v н} получаем на основании диаграмм, приведенных на рис. 4.

Среднее значение тока тиристора VS1

Значение I_vs1н при I_н =I_{н max} и при максимальном возможном t_су, которое как было показано при определении рабочей частоты, не должно превышать t_cу =Т - t_{к max}. С учетом (1.15) и условия I_m= 2I_{н max}

I_{VS1 н} = f I_нmax(T - t_{k max} + 4 ). (3.7)

Среднее значение тока i_vs2 не зависит от I_н

I_VS2 = I_н .

Наибольшее среднее значение тока i_vs2

I_{VS2 н} = f (k_з + 1)U_maxC. (3.8)

Наибольшее среднее значение тока i_vd1

I_VD1н = . (3.9)

Среднее значение i_VD2

I_VD2 = I_н .

Использование для расчета i_{vs2 н} сочетания максимального тока нагрузки и минимального t_су дает завышенный результат, так как в соответствии с рис. 3 ток двигателя достигает I_{н max} при > _min.

Точное определение соответствующего можно выполнить только по результатам тягового расчета. В курсовом проекте принимаем, что ток двигателя достигает I_{н max} при . При этом условии

I_{VD2 н} = 0.8I_нmax.

Полученное по формуле (3.6) значение округляется до ближайшего большего целого числа.

Величина максимально допустимого повторяющегося напряжения U_п равна заданному в таблице исходных данных классу прибора, умноженному на 100. Предельный ток указан в условном обозначении прибора тремя последними цифрами. Например, предельный ток тиристора ТБ-143-400 равен 400 А.

Тип приборов, выполняющих функции показанных на рис. 4, а VS2, VS1, не задается. Для этих приборов нужно решить обратную задачу - определить минимальный предельный ток, при котором можно избежать параллельного соединения приборов.

Следует иметь в виду, что указанная в условном обозначении величина предельного тока гарантирует отсутствие перегрева кристалла прибора при определенной форме тока через прибор и при распределенной температуре его корпуса. методика расчета предельного тока для условий работы прибора, отличающихся от нормируемых в технической документации. В курсовом проекте такой расчет не производиться.

После определения числа последовательно соединенных тиристоров нужно выбрать их группу по критической скорости нарастания прямого напряжения. В соответствии с (2.2) для каждого из тиристоров, выполняющих функции показанного на рис. 2, а тиристора VS1,

. (3.12)

Для тиристоров, выполняющих функции VS2, в соответствии с (2.5) и с учетом условия I_m=2I_{н max}

. (3.13)

Значение критической скорости нарастания прямого напряжения для каждой нормируемой по этому параметру группы приведено в табл. 3

Таблица 3.1.