Проектирование силовых блоков полупроводникового преобразователя, страница 4

Предварительный выбор типа вентиля выполняется по прямому току, величина которого определяется известными соотношениями к току нагрузки, либо в зависимости от коэффициента, зависящего от типа схемы соединения блока вентилей (нулевая, мостовая и т.д.) и характера нагрузки (активная, индуктивная и т.п.) выбираемого по таблицам /8, с.76; 13, с.9, 7, 9-12/.

Методика выбора нагрузок на вентиль изложена в /1, с.20; 13, с.26;14; 15/

Допустимая токовая нагрузка на выбранный вентиль определяется температурой нагрева полупроводниковой структуры (θ).

В различных режимах работы максимально допустимые расчетные значения температуры монокристаллических структур вентилей составляют:

·  Номинальная θн = 140⁰С;

·  Периодически допустимая при кратковременных (t1 сек) технологических перегрузках θ^|_н = 160⁰С;

·  Аварийная (t0,02 сек) с последующим приложением нормальной нагрузки θ₁ = 175⁰С;

·  Аварийная (t0,01 сек) при отсутствии обратного напряжения на вентиле θ₂ = 190⁰С.

Температура перегрева структуры (Δθ) относительно температуры окружающей среды (θ_С) определяется мощностью электрических потерь(ΔР) и тепловым сопротивлением(R).

С учётом выше изложенного, допустимый ток нагрузки на вентиль в установившемся режиме работы равен:

, где ,

R=R_В+R_В0+R₀

Установившиеся тепловые сопротивления R_В – вентиля; R_В0 – контакта вентиль – охладитель, R₀ – охладителя принимаются по каталожным данным /1, с. 23,35;13, табл. 1, с. 16; 6 и др./.

Усредненное динамическое сопротивление вентиля – R_Д и его пороговое напряжение включения – U₀ определяются по каталогам завода изготовителя /13, табл. 1/ и др., либо как

R_Д=ctg δ, где δ – угол между осью абсцисс вольт - амперной характеристики(ВАХ) и прямой, проведенной через точки 1,57In и 4,57In, а U₀ по точке пересечения этой прямой с осью абсцисс ВАХ.

К_Ф – коэффициент формы тока, протекающего через вентиль при активной нагрузке принимается по справочным данным для определенной схемы соединения вентилей и характера нагрузки /8, с. 76; 13, табл. 3; 7, с. 9-12/ или находится расчетным путем /13, с. 24/.

В случае индуктивной нагрузки (L_Н=∞) в формуле расчёта [I_В] вместо К_Ф используется коэффициент скважности

, где Т – длительность периода тока, протекающего через вентиль, сек; ω – частота следования импульсов тока вентиля, рад/сек; λ – длительность импульса тока вентиля, эл.град.

Значение К_С можно определить по каталожным данным или по формуле .

При произвольной форме тока через вентиль( импульсная нагрузка , аварийный режим и т.д.) допустимая нагрузка на вентиль рассчитывается по мощности потерь, которые определяются методом наложения /1;13, с. 25-27;14;15/ с учетом допустимых температур нагрева в этих режимах( θ_Н ,θ_{1 ,}θ₂), и переходных значений теплового сопротивления /13, с. 9-15/.

В случае превышения расчетного допустимого значения тока вентиля по сравнению с его паспортным значением в каком-либо из режимов работы вентиля необходимо выбрать другой тип или выполнить параллельное соединение нескольких вентилей в каждом плече фазы преобразователя.

Выбор допустимого обратного напряжения (класс вентиля) выполняется максимальному обратному напряжению, действующему на вентиль в установившимся режиме с учётом всех причин возможного его повышения (холостой ход преобразователя, повышение напряжения сети и т.д.). Рассчитанное значение не должно превышать каталожного параметра рабочего напряжения.

Если в схеме возникают периодические коммутационные или аварийного характера перенапряжения, они не должны превышать максимально допустимое повторяющееся напряжение вентиля (Un).

Предельный однократный импульс напряжения должен быть меньше максимально допустимого неповторяющегося обратного напряжения U_Нn.