Характеристики керування регульованих електронних ключів змінного струму

Регульовані ЕК використовують в НА з розширеними функціями, які визначаються здатністю цих ЕК регулювати потужність в навантаженні у функції кута керування. Для розрахунку цих ЕК треба знати не тільки напруги та струми в окремих силових напівпровідникових приладах ЕК, але й струм та напругу в навантаженні. Тому велике значення мають так звані характеристики керування, які графічно зображають залежність від кута керування струмів СНП, струму навантаження, діючих та миттєвих значень напруг в усталеному режимі.

Серед однофазних безконтактних ЕК змінного струму найбільш поширені схеми ЕК, які наведені на рис. 3.1.

Рис. 3.1 Схеми однофазних безконтактних ЕК змінного струму

На рис. 3.1, а наведена повністю керована однофазна симетрична схема ЕК «тиристор – тиристор». Для того, щоб один з тиристорів міг почати проводити струм, до нього має бути прикладена пряма напруга, а на керуючий електрод поданий керуючий сигнал. Два тиристори, які з’єднані зустрічно-паралельно, можуть бути заміщені одним симетричним тиристором (симистором) (рис. 3.1,б).

На рис. 3.1,в наведена однофазна напівпровідникова схема ЕК «тиристор – діод». Вона має обмежене застосування через те, що напруга на навантаженні має постійну складову, коли кут керування тиристора відрізняється від нуля, а провідність переривчаста.

Розглянемо роботу ЕК (рис. 3.1,а) при активному і активно-індуктивному навантаженні. При активному навантаженні струм повністю за формою повторює напругу на навантаженні . В позитивний півперіод струм через навантаження пропускається тиристором VS1, а у від’ємний півперіод – тиристором VS2. Завдяки симетричності керування середні та діючі значення струмів в обох тиристорах однакові і дорівнюють відповідно:

(3.1)

(3.2)

де U – діюче значення напруги мережі; – кут керування.

Використовуючи вирази (3.1), (3.2) можна побудувати залежності середнього та діючого значень струмів тиристорів від кута керування у відносних одиницях:

(3.3)

(3.4)

де та відповідають куту керування .

Характеристики подані на рис. 3.2.

Рис.3.2 Залежність та при активному навантаженні

Коефіцієнт форми струму тиристорів від кута дорівнює:

(3.5)

На рис. 3.3 наведено залежність .

Середнє значення напруги на навантаженні , а його діюче значення:

(3.6)

Рис. 3.3 Залежність при активному навантаженні

Або у відносних одиницях:

(3.7)

Залежність (3.7) є регулювальною характеристикою ключа (рис. 3.4).

Рис. 3.4 Залежність при активному навантаженні

Втрати потужності в одному тиристорі при умові, що основне джерело нагріву – втрати в стані прямої провідності:

(3.8)

де – порогова напруга; – диференційний опір.

Максимальні значення зворотної та прямої напруги на тиристорі визначають за виразом:

(3.9)

де – коефіцієнт, що враховує рівень перенапруг, які зумовлені комутаційними процесами та зовнішніми перенапругами.

При активно-індуктивному навантаженні форма струмів в колі не повторює форму напруги через дії ЕРС самоіндукції. Тому струм через тиристор протікає протягом деякого часу після зміни знаку напруги живлення.

Закон зміни струму тиристора можна отримати, розв’язавши диференційне рівняння:

(3.10)

Розв’язок (3.10) при початкових умовах має вигляд:

(3.11)

де

Кут вимкнення тиристора може бути визначений з рівняння:

(3.12)

яке можна отримати з (3.11) за умови при ( – кут провідності тиристора).

Результати розв’язку рівняння (3.12) подані на рис. 3.5.

Із (3.11) випливає, що при вільна складова струму не виникає і струм визначається лише примусовою складовою. Цей кут керування називається критичним , оскільки кінець імпульсу струму через перший тиристор співпадає з початком струму через другий. При струм має переривчастий характер, а при – неперервний. Таким чином, регулювання напруги та струму навантаження можливе тільки при

Рис. 3.5 Залежність при активно- індуктивному навантаженні

Діюче значення струму через тиристор дорівнює:

(3.13)

а його середнє значення становить:

(3.14)

Діюче значення напруги на навантаженні у відносних одиницях:

(3.15)

Подальший розрахунок аналогічний випадку, коли навантаження активне.

На рис. 3.6 наведені найбільш поширені варіанти схем ввімкнення трифазних симетричних ЕК, які виконані за схемою «тиристор-тиристор».

Рис. 3.6 Схеми трифазних симетричних ЕК за схемою з’єднань «тиристор-тиристор»

Максимальні значення прямої та зворотної напруги на тиристорах в схемі рис.3.6,а визначаються амплітудою фазної напруги , а в схемах рис.3.6, б,в– амплітудою лінійної напруги .

Очевидно, що схеми ввімкнення з ізольованою нейтраллю придатні для живлення навантажень, з’єднаних в зірку та трикутник, а схеми з виведеною нейтраллю – тільки для живлення навантажень, які з’єднані в зірку. При цьому нейтраль схеми навантажується вищими гармоніками, коли . У схемі на рис.3.6,а струм через тиристор у кожній фазі не залежить від струму інших фаз, визначається величиною фазної напруги і характеризується однаковим з однофазною схемою співвідношенням між кутами .

При збільшенні зменшується тривалість протікання струму через тиристор і при деякому значенні імпульс струму в одній фазі закінчується раніше, ніж відкриється тиристор в іншій фазі. Таким чином, можливі інтервали часу, коли струм в навантаженні не протікає. Кут провідності кожного з тиристорів при цьому зменшується до величини, яка менша за .

У схемах з ізольованою нейтраллю процеси значно відрізняються від розглянутих вище, оскільки робота всіх фаз взаємозв’язана і для протікання струму навантаження необхідно одночасне відкриття тиристорів у двох або трьох фазах.

Поиск по сайту: