3.2.Последовательное соединение

Когда в схеме к прибору прикладывается напряжение U_Mбольшее, чем предельно допустимое напряжение U_RSM, обусловленное классом по напряжению прибора, то используют последовательное их соединение. При этом доля напряжения U_M, прикладываемая к одному прибору, уменьшается. В идеальном случае обеспечивается равномерное деление напряжения, причем напряжение на одном приборе уменьшается по сравнению с величиной U_Mобратно пропорционально количеству последовательно соединенных приборов. Однако из-за различия ВАХ приборов равномерность деления не обеспечивается (рис.3.5). Через последовательно соединенные приборы VD1 и VD2 при приложении обратного напряжения U_RM(для тиристоров это может быть и при приложении прямого напряжения в закрытом состоянии) протекает один и тот же ток I_R, но из-за различных значений статических сопротивлений приборов при этом токе на приборе VD1 напряжение будет больше, чем на VD2. Это может привести к развитию теплового пробоя VD1 и его выходу из строя, после чего все напряжение U_RMприложится к VD2 и он также выйдет из строя.

С целью выравнивания напряжений на отдельных приборах параллельно каждому из них включается шунтирующий резистор R1, сопротивление которого может быть взято из расчета по формуле

,

где n - число последовательно включенных приборов; U_RSM- наибольшее допустимое напряжение прибора; U_RM- наибольшее напряжение на ветви с последовательно включенными приборами;I_RM- наибольший обратный ток (или ток в закрытом состоянии для тиристоров) в амплитудном значении.

Для выравнивания напряжения на последовательно включенных управляемых приборах, например тиристорах, при включении параллельно этим приборам включаются конденсаторы, емкость C которых ориентировочно определяют по формуле

,

где DQrr=Qrr/2 - наибольшая возможная разность зарядов восстановления последовательно включенных приборов. Она обычно принимается равной половине заряда восстановления применяемых тиристоров.

Рис.3.5 – Распределение напряжений при последовательном соединении

Рис.3.6 – Схема использования RCD-цепочек.

Параллельно включенные конденсаторы, эффективно выравнивая напряжение на приборах в переходных режимах, вместе с тем увеличивают прямой ток тиристора при его отпирании. Эти броски тока можно ограничить при помощи демпфирующих резисторов, включенных последовательно с конденсаторами. Сопротивления этих резисторов обычно выбираются в пределах 10 - 20 Ом.

Параллельно демпфирующим резисторам включаются диоды. Это позволяет исключить влияние демпфирующих резисторов во время ограничения нарастания прямого напряжения и не мешает ограничению тока разряда конденсатора при включении тиристора.

Схема цепочек выравнивания напряжения на последовательно соединенных тиристорах приведена на рис.3.6.

При смешанном соединении приборов вместо одного прибора составляется часто довольно сложная схема, включающая в себя как индуктивные трансформаторные делители тока, так и RCD - цепочки.

4. Задание на курсовую работу

Разработать тиристорный ключ на тиристорах ТБ151-50-6, установленных на типовых охладителях О151-80 и охлаждающихся потоком воздуха с температурой Ta=40°С, движущемся со скоростью 6 м/с. Максимальное напряжение, прикладываемое к ключу, 1000 В.

Известно, что импульсы тока i, протекающие через ключ, имеют форму, состоящую из двух синусоидальных интервалов (рис.4.1). Первая синусоида начинается в моментt=0, имеет амплитудуIm1 и полупериодT1. Вторая начинается в моментt=t1, имеет амплитудуIm2 и полупериодT2. Момент времени t2, разграничивающий интервалы, определяется моментом пересечения синусоид. Импульсы повторяются с частотойf. Параметры импульсов тока приведены в табл.4.1. в соответствии с вариантами.

Рис. 4.1 – Импульсы тока, протекающие через тиристорный ключ.

Таблица 4.1. – Параметры импульсов тока.

Вариант	Im1,A	Im2, A	T1, мс	T2, мс	t1, mc	f, Гц
1	100	450	5	10	3	50
2	400	200	4	3	2	50
3	300	400	5	8	2	50
4	100	300	5	10	3	50
5	350	400	2	2	1	100
6	100	200	3	2	2	100
7	400	400	4	6	2	100
8	400	400	3	5	2	100
9	100	300	7	10	3	50
10	400	400	4	3	2	50
11	100	400	2	2	1	100
12	200	400	3	4	2	100
13	200	400	2	2	1	100
14	400	400	5	8	2	50
15	200	200	4	3	2	50
16	350	400	2	4	1	100
17	400	300	5	8	2	50
18	200	400	3	2	2	100
19	400	300	7	8	2	50
20	400	200	3	5	2	100
21	200	300	7	8	2	50
22	200	300	7	7	3	50
23	350	400	3	4	1	100
24	200	300	7	10	3	50
25	400	400	3	2	2	100

Содержание расчетно-пояснительной записки:

Титульный лист

Задание на курсовую работу

Содержание

Введение

1. расчет температуры перехода одного тиристора

2. расчет количества параллельных ветвей (включающий расчет температур перехода при выбранном и при уменьшенном на единицу количестве ветвей)

3. расчет количества последовательно соединенных тиристоров в ветви;

4. выбор схемы тиристорного ключа;

5. расчет параметров выравнивающих RCD - цепочек.

Заключение

Литература

Приложения (перечень элементов, при необходимости - графический материал)

В том числе в записке должны присутствовать рисунки:

1.* импульсов тока через ключ,

2. прямая ВАХ открытого состояния тиристора при Tj = Tjm.

3.* напряжения на ключе,

4.* мощности потерь на ключе,

5. полная принципиальная электрическая схема тиристорного ключа с цепями выравнивания тока и напряжения

* графики приводятся для разных (1, n, n-1) количествах параллельных ветвей, где n - выбранное число параллельных ветвей.

Вышеуказанные рисунки должны быть выполнены на форматах, достаточных для их точного восприятия и вложены в пояснительную записку

Пояснительная записка и рисунки должны быть оформлены в соответствии с требованиями государственных стандартов и ЕСКД.

В обязательном порядке необходимо указать источники, из которого взяты величины тепловых сопротивлений и ВАХ тиристора. В случае, если величину теплового сопротивления корпус прибора - контактная поверхность охладителя в справочниках найти не удастся, принять =0.2 К / Вт. В случае, если не удастся найти ВАХ тиристора, принять ее согласно табл.4.1.

Таблица 4.1. - ВАХ тиристора ТБ151-50-6 в открытом состоянии.

I, A	0	6	15	25	50	75	100	187	330	400
U, B	0	1	1.35	1.58	1.92	2.15	2.37	3	4	4.5

В случае, если не удастся найти величину обратного тока и заряда восстановления тиристора, принять их равными I_RM=10 мА, Qrr=30 мкКл.

Рекомендуемая литература

1.Чебовский О.Г., Моисеев Л.Г, Недошивин Р.П. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 400с.

2.Тугов Н.М., Глебов Б.А., Чарыков Н.А. Полупроводниковые приборы.- М.: Энергоатомиздат, 1990. - С.501 - 561.

3.Замятин В.Я. и др. Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры. - М.: Радио и связь, 1988.- 576с.

4.Справочник по преобразовательной технике. - Киев: Техника, 1978.-С.10 - 21.

Задание на курсовую работу «Тиристорный ключ»

по дисциплине «Полупроводниковые приборы»

Студенту_______________________________________________ Группы_____________

Разработать тиристорный ключ на тиристорах ТБ151-50-6, установленных на охладителях О151-80 и охлаждаемых потоком воздуха с температурой 40°С, движущемся со скоростью 6 м/с. Максимальное напряжение, прикладываемое к ключу, 1000 В.

Параметры импульсов тока, протекающих через ключ:

Вариант	Im1, A	Im2, A	T1, мс	T2, мс	t1, mc	f, Гц

Содержание расчетно-пояснительной записки:

Титульный лист

Задание на курсовую работу

Содержание

Введение

1. расчет температуры перехода одного тиристора

2. расчет количества параллельных ветвей (включающий расчет температур перехода при выбранном и при уменьшенном на единицу количестве ветвей)

3. расчет количества последовательно соединенных тиристоров в ветви;

4. выбор схемы тиристорного ключа;

5. расчет параметров выравнивающих RCD - цепочек.

Заключение

Литература

Приложения (перечень элементов, при необходимости - графический материал)

В том числе в записке должны присутствовать рисунки:

1.* импульсов тока через ключ,

2. прямая ВАХ открытого состояния тиристора при Tj = Tjm.

3.* напряжения на ключе,

4.* мощности потерь на ключе,

5. полная принципиальная электрическая схема тиристорного ключа с цепями выравнивания тока и напряжения

* графики приводятся для разных (1, n, n-1) количествах параллельных ветвей, где n - выбранное число параллельных ветвей.

Примечания:

1. Защита курсовой работы обычно включает в себя: проверку пояснительной записки и чертежей; пояснение их содержания, проведенных расчетов, принятых решений и выбора элементов; пояснение работы схемы.

2. Студент, защитивший курсовую работу позже срока защиты законченного проекта получает оценку на 1 балл ниже.

Дата выдачи задания ________________ Срок защиты проекта ____________________

Руководитель: _________________ Прядилов А.В.

Студент: __________________ __________________

(подпись) (Фамилия И.О.)

Подписано в печать ____________. Формат 60х84/16.

Печать оперативная. Усл.п.л.1,5. Уч.-изд. 1,3.

Тираж 100 экз.

Тольяттинский государственный университет

Тольятти, Белорусская, 14.

18