Задача 4
На рис. 4.1 представлен тиристорный выключатель постоянного напряжения. Сопротивление нагрузки и напряжение источника заданы в исходных данных
Требуется:
1) рассчитать параметры схемы ( , );
2) выбрать типы тиристоров VS1 и VS2;
3) дать подробное описание работы выключателя;
4) указать достоинства и недостатки данного выключателя по сравнению с контактным выключателем постоянного тока.
Рис.4.1.
Исходные данные: ; .
Решение
1,2) Расчет параметров схемы и выбор тиристоров.
Определяем ток через силовой тиристор VS1:
.
Выбираем тип силового тиристора VS1 из условий:
;
;
где и - наибольшие допустимые значения тока и напряжения тиристора (эти значения определяются из справочной литературы).
Выбрали тиристор T151-100-10 4 2 УХЛ2, со следующими параметрами:
- повторяющееся обратное напряжение ;
- максимально допустимый средний ток ;
- время выключения ;
- ударный ток в открытом состоянии .
Рассчитаем емкость коммутирующего конденсатора:
.
где - ток нагрузки (тиристора VS1);
- время выключения тиристора VS1;
- напряжение на конденсаторе, равное .
Из существующего конденсаторного ряда выбираем
Выбираем тип вспомогательного тиристора VS2. При этом следует учесть, что ток разряда конденсатора через тиристор VS2 протекает только в течение времени т.е. тиристор в этом случае работает в режиме ударных токов. Величина тока разряда может превышать ток нагрузки в 2-3 раза. Поэтому тиристор выбирается по величине ударного тока :
и по напряжению которое, как видно из схемы, равно
.
Выбрали тиристор КУ218А , со следующими параметрами:
- повторяющееся обратное напряжение ;
- максимально допустимый средний ток ;
- время выключения ;
- ударный ток в открытом состоянии .
Рассчитываем сопротивление из условия, чтобы при кратковременной подаче управляющего напряжения на тиристор VS2 произошло его включение и это состояние оставалось после отсутствия управляющего напряжения. Для этого необходимо, чтобы
где - ток выключения тиристора VS2, ориентировочное значение которого можно принять равным
.
Из стандартного резистивного ряда выбираем .
Диод в схеме выбираем на максимальный ударный ток . Выбрали Р2000М с ударным током и максимальным обратным напряжением .
3) Описание схемы тиристорного выключателя.
На рис.4.1 изображена схема принудительной коммутации. При подаче управляющего импульса на силовой тиристор VS1 включается цепь нагрузки , (ток через тиристор iT равен сумме токов нагрузки iН и через конденсатор iС), коммутирующий конденсатор С заряжается до напряжения источника U. Полярность напряжения указана на рис.4.1. Схема готова к отключению, и если в момент подать управляющий импульс на вспомогательный тиристор VS2 то конденсатор окажется включенным параллельно тиристору VS1, ток нагрузки перейдет с тиристора VS1 на конденсатор С и тиристор VS1 выключится. Под действием ЭДС источника конденсатор будет перезаряжаться. Напряжение конденсатора изменится в процессе перезаряда от — U до +U (рис.4.2), а ток ic постепенно спадет до нуля. Нагрузка окажется отключенной от источника. Если теперь снова в момент t2 включить нагрузку , открыв тиристор VS1, то опять конденсатор С зарядится до напряжения — U и схема будет готова к повторному отключению.
Таким образом, отключение тиристора на постоянном токе оказывается сложнее, чем на переменном.
Рис.4.2.
4) Достоинства и недостатки тиристорных ключей.
Тиристорные коммутаторы позволяют устранить недостатки контактной аппаратуры, связанные с наличием механической контактной системы. Высокое быстродействие полупроводниковых приборов позволяет придать тиристорным пускозащитным, регулирующим и коммутирующим устройствам новые свойства, недоступные контактным аппаратам. К таким новым свойствам, прежде всего, относится возможность регулирования выходных электрических параметров, что позволяет, например, осуществлять управление двигателями, включая безударный пуск, реверс, регулирование частоты вращения по заданному закону, динамическое торможение и др. Кроме того, высокое быстродействие собственно СПП, позволяет создавать коммутирующие аппараты, обеспечивающие надежную, практически безынерционную коммутацию электрических цепей с высокой частотой.