Последовательное включение тиристоров

July 19, 2013 by admin Комментировать »

При последовательном соединении тиристоров необходимо обеспечить равенство напряжений на каждом из тиристоров во всех условиях их работы. Существует четыре основных режима работы тиристоров:

•                включение,

•                пропускание тока в прямом направлении,

•                выключение,

•                работа в выключенном состоянии при напряжении, приложенном в прямом или обратном направлении.

В наборе из последовательно соединенных тиристоров при включении самому медленному прибору, пока он не включится, достанется непропорционально большая доля приложенного к цепочке напряжения. Таким образом, необходимо включать каждый тиристор так быстро, как это только возможно, для чего необходимо на их управляющие электроды подавать ток со скоростью нарастания 3…5 А за 500 нс. Впрочем, чем больше и быстрее, тем почти всегда лучше. Напряжение цепи управления на холостом ходу должно составлять 20…40 В.

Рис. 11.1 повторяет Рис. 10.2 и демонстрирует типовую форму импульса управления тиристорами при их последовательном соединении. Если управление осуществляется через оптоволоконный канал, то дисперсия временных параметров излучателей и детекторов в разных звеньях должна быть сведена к минимуму.

Рис. ii.i. Типовая форма импульса управления

Для управления последовательно включенными тиристорами было разработано множество схем. На Рис. 11.2 (слева) приведена схема с высоковольтным изолированным кабелем, продетым через набор тороидальных сердечников токовых трансформаторов, вторичные обмотки которых способны подать напряжение в несколько десятков вольт на оптоволоконные схемы управления тиристорами. Через кабель обычно пропускают ток порядка 100 А при частоте 60 Гц. Эта схема запуска тиристоров весьма популярна для устройств коррекции коэффициента мощности при средних уровнях напряжения. В центре показана конструкция с индивидуальными трансформаторами для питания каждой оптоволоконной схемы управления тиристорами. Для уменьшения размеров трансформаторов в этом случае часто применяют высокочастотное напряжение в их входных цепях. Справа изображена схема с импульсными трансформаторами в цепях управления каждого тиристора. Хотя эта схема и весьма успешно применяется в системах со средним напряжением, трансформаторы в ней требуют аккуратного проектирования и испытаний на электрическую прочность изоляции и время нарастания тока в режиме поддержания. Разновидностью этой схемы является схема с одним импульсным трансформатором, имеющим одну первичную и несколько вторичных обмоток, успешно применяемая в оборудовании класса 5 кВ. В большинстве этих схем взамен одного импульса управления используется последовательность из нескольких более коротких импульсов.

Рис. 11.2. Схемы управления тиристорами при их последовательном соединении

Еще одна конструкция, применяемая при самых высоких напряжениях, показана в упрощенном виде на Рис. 11.3. В этой конструкции напряжение питания схемы управления тиристорами получается из их напряжения анод-катод. Необходимость некоторого времени для заряда накопительного конденсатора ограничивает возможность работы этой конструкции при малых углах задержки включения тиристора, но после заряда конденсатора схема управления каждый период способна вырабатывать по два импульса управления, разделенные интервалом в 60°. Эта конструкция не может обеспечить большие токи управления из-за существенного увеличения в ней потерь мощности. Принципы этой конструкции используются в системах HVDC.

Рис. 11.3. Схема управления тиристорами при их последовательном соединении с питанием от цепи анод-катод

В дополнение к тиристорам, управляемым электрическими сигналами, существуют две их разновидности, включаемые непосредственно светом. Некоторые большие тиристоры управляются мощным световым потоком, создаваемым лазером. В других тиристорах встроены дополнительные управляющие тиристоры, для включения которых требуется менее интенсивный свет. В настоящее время это управление является областью приложения усилий многих разработчиков.

Способы управления тиристоров, рассмотренные выше, отвечают требованиям обеспечения одновременности их включения при последовательном соединении. А вот с выключением дело обстоит посложнее. График тока при выключении тиристора, приведенный на Рис. 10.3, в случае, например, трех последовательно включенных тиристоров превращается в график, приведенный на Рис. 11.4. Тиристор 1 начинает выключаться первым, и, как только на нем начинается рост напряжения, значение di/dt уменьшается и восстановление тиристоров 2 и 3 замедляется. При этом тиристору 1 может достаться непропорционально большая доля напряжения, ведь тиристоры 2 и 3 еще находятся в проводящем состоянии. Можно было бы подобрать тиристоры по их времени восстановления, но это дает мало пользы, так как на время восстановления оказывают сильное влияние температура и значение di/dt в схеме. Уравнения, приведенные на Рис. 10.4, можно приспособить для расчетов применительно к цепочке тиристоров и определить разбаланс в обратных напряжениях.

Рис. 11.4. Ток через тиристоры при их выключении

Стандартным приемом обеспечения равномерности распределения напряжений последовательно включенных тиристоров при выключении является добавление йС-цепочек параллельно каждому тиристору (Рис. 11.5). Постоянная времени R^C выбирается сравнимой со временем восстановления тиристоров.

Рис. 11.5. Элементы для балансированш тиристоров при их последовательном включении

Цепь RlC не окажет никакой помощи в балансировании напряжений на тиристорах, когда они уже заперты и к ним приложено прямое или обратное напряжение. Постоянная времени R^C слишком мала, так что разность этих напряжений просто перезарядит соответствующие конденсаторы. Для того чтобы сбалансировать эти напряжения, в схему вводят резистор R2. Его номинал выбирают так, чтобы ток через него был раз в 5…10 больше, чем ток утечки у применяемых тиристоров. Резистор R1 должен быть безындуктивным, а R2 — не обязательно этого типа. Параметры элементов R1, R2 и С и потери в тиристорах следует проверить с помощью компьютерного моделирования.

Источник: Сукер К. Силовая электроника. Руководство разработчика. — М.: Издательский дом «Додэка-ХХI, 2008. — 252 c.: ил. (Серия «Силовая электроника»).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты