Выбор вентилей автономного инвертора

Определение коэффициентов трансформации

Коэффициенты трансформации всех обмоток определяем по условиям получения номинального напряжения на нагрузках при минимально допустимом напряжении в контактной сети, т. е. при Е_{2К, В} = 2700 В.

Коэффициент трансформации первой обмотки.

(4.1).

Коэффициент трансформации второй обмотки.

(4.2).

Коэффициент трансформации третьей обмотки.

(4.3).

Коэффициент трансформации четвертой обмотки.

(4.4).

Коэффициент трансформации пятой обмотки.

(4.5).

4.2 Приведение токов обмоток к первичной обмотке.

Приведенный к первичной обмотке ток первой обмотки.

(4.6).

Приведенный к первичной обмотке ток второй обмотки.

(4.7).

.

Приведенный к первичной обмотке ток третьей обмотки.

(4.8).

Приведенный к первичной обмотке ток четвертой обмотки.

.

Приведенный к первичной обмотке ток пятой обмотки.

(4.10).

.

Определяем полный ток первичной обмотки.

(4.11).

.

Средний ток тиристора автономного инвертора.

(4.12).

.

Максимальное напряжение на тиристоре автономного инвертора.

(4.13).

где: максимальное напряжение в контактной сети, ;

пульсация напряжения на входном фильтровом конденсаторе, В.

(4.14).

;

.

В качестве вентилей автономного инвертора выбираем GСТ — тиристоры большой мощности в интегральном исполнении фирмы АВВ.

Основной особенностью тиристоров GСТ, по сравнению с приборами GТО, является быстрое выключение, которое достигается как изменением принципа управления, так и совершенствованием конструкции прибора.

Быстрое выключение реализуется превращением тиристорной структуры в транзисторную при запирании прибора, что делает прибор нечувствительным к скорости .

Рисунок 4.1 — Схема тиристора GСТ Тиристор GСТ в фазах включения, проводящего и блокирующего состояния управляется так же, как и GТО. При выключении управление GСТ имеет две особенности:

— ток управления равен или превосходит анодный ток (для тиристоров GТО меньше в 3 — 5 раз);

— управляющий электрод обладает низкой индуктивностью, что позволяет достичь скорости нарастания тока управления равной 3000 А/мкс и более (для тиристоров GТО значение составляет 30 — 40 А/мкс).

Рисунок 4.2 — Распределение токов в тиристоре GСТ при выключении.

На рисунке 4.2 показано распределение токов в структуре тиристора GСТ при выключении прибора. Процесс включения подобен включению тиристоров GТО, а процесс выключения отличается. После подачи отрицательного импульса управления (), равного по амплитуде величине анодного тока (), весь прямой ток, проходящий через прибор, отклоняется в систему управления и достигает катода, минуя переход j3 (между областями р и n). Переход j3 смещается в обратном направлении, и катодный транзистор n — р — n закрывается. Дальнейшее выключение GСТ аналогично выключению любого биполярного транзистора, что не требует внешнего ограничения скорости нарастания прямого напряжения .

Изменение конструкции GСТ связано с тем, что динамические процессы, возникающие в приборе при выключении, протекают на один-два порядка быстрее, чем в GТО. Так, если минимальное время выключения и блокирующего состояния для GТО составляет 100 мкс, для GСТ эта величина не превышает 10 мкс. Скорость нарастания тока управления при выключении GСТ составляет 3000 А/мкс, GТО — не превышает 40 А/мкс.

Чтобы обеспечить высокую динамику коммутационных процессов, изменили конструкцию вывода управляющего электрода и соединение прибора с формирователем импульсов системы управления.

Вывод выполнен кольцевым, опоясывающим прибор по окружности. Кольцо проходит сквозь керамический корпус тиристора и контактирует: внутри с ячейками управляющего электрода; снаружи — с пластиной, соединяющей управляющий электрод с формирователем импульсов.

В качестве вентилей автономного инвертора выбираем GСТ — тиристоры большой мощности фирмы АВВ.

Предельные и характеризующие параметры GСТ — тиристора.

Блокирующее прямое напряжение, В, при Т_j = - 40 + 125С…4500.

Прямой ток в закрытом состоянии, мА, при = 4500 В, Т_j = 125С…25.

Обратное напряжение, В, при Т_j = - 40 + 125С…4000.

Прямое напряжение, В, во включенном состоянии при = 4000 А, Т_j = 125С… 2,7.

Пороговое напряжение, В, при = 1000 4000 А, Т_j = 125С…1,1.

Динамическое сопротивление, мОм, при = 1000 4000 А, Т_j = 125С…0,4.

Прямой ток, А, во включенном состоянии при синусоидальной форме сигнала частотой 50 Гц, Т_j = 85С… 2000.

Критическая скорость нарастания тока анода при = 4000 А,.

= 50 Гц,, А/мкс …3000.

Время включения, мкс, при = 4000 А, = 350 А/мкс,.

= 2500 В, Т_j = 125С, С_s = 4мкФ, R_s = 5Ом…40.

Время выключения, мкс, при = 4000 А, = 2500 В, = 4500 В, Т_j = 125С, С_s = 4мкФ, L_s = 300 нГ…10.

Температура структуры, T_jGCT, C… — 40; +125.

Масса, m_GCT, кг…1,2.

Определяем средний ток обратных вентилей.

Исходя из опыта, реактивные токи подобных автономных инверторов составляют примерно 60% от общего тока :

(4.15).

.

Максимальное напряжение на диодах.

(4.16).

.

Выбор диодов автономного инвертора. Для автономного инвертора выбираем быстро восстанавливающиеся диоды типа ДЧ151−80 (ТУ 16−729.230−79).

Повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии и повторяющееся импульсное обратное напряжение (диапазон температур от T_jmin до T_jm, импульсы напряжения однополупериодные синусоидальные, t = 10 мс, = 50 Гц, цепь управления разомкнута): (500…1400) В.

Максимально допустимый средний ток в открытом состоянии (Т_с = 85 °C, ток однополупериодный синусоидальный, угол проводимости = 180°, = 50 Гц): 80А.

Действующий ток в открытом состоянии (= 40 Гц): 126 А.

Ударный неповторяющийся ток в открытом состоянии (ток однополупериодный, синусоидальный, одиночный импульс = 10 мс, = 0; режим в цепи управления: длительность фронта импульса 5 мкс,, внутреннее сопротивление источника управления 10 Ом, = 25 °С): 2,7 кА. То же при Т_j = Т_jm: 2,4 кА.

Критическая скорость нарастания тока в открытом состоянии.

(Т_j = T_jm, ,, = (1…5) Гц ,.

длительность воздействия 10 с, параметры источника управления, как для): 400 А/мкс.

Температура перехода:

максимально допустимая T_jm: 140С;

минимально допустимая T_jmin : — 60 °C.

Температура хранения:

максимально допустимая T_stgm: 60C;

минимально допустимая T_stgmin : — 60 °C.

Крутящий момент: 15 3 Нм.

Для обратных вентилей используем 4 диода.

Число последовательно включённых приборов обеспечивает отсутствие отказов приборов при атмосферных и коммутационных перенапряжениях:

(4.17).

где: коэффициент, учитывающий неравномерность распределения напряжений;

коэффициент коммутационных перенапряжений, = 1,3…1,5.

повторяющееся импульсное обратное напряжение вентиля, В.

В схеме используем 4 вентиля.