Мгновенные значения тока короткого замыкания

 

ωt,º	i*, о.е.	ωt,º	i*, о.е.
			7827,3
			7512,02
			7114,5
			6639,2
			6091,1
			5476,3
			4801,5
	1804,3		4074,2
	2354,5
	2988,1
	3660,9		1658,5
			-57,57
	5634,4
	6215,8
	6738,2
	7192,6
	7878,2
	8085,7
	8212,8
	8250,6
	8198,5
	8056,95

По результатам результатов расчёта построен график кривой тока короткого замыкания на рис. 4.1.

Рис. 4.1

4. РАЗРАБОТКА СОЕДИНЕНИЯ СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

 

4.1 Обоснование и выбор типа полупроводниковых приборов

 

В качестве СПП для построения силовой схемы управляемого выпрямителя применяются тиристоры. Используя значения среднего тока плеча в режиме рабочей нагрузки и максимальное обратное напряжение плеча (разд. 1), выбирается тиристор типа Т253-1250. Параметры этого тиристора представлены в табл. 4.1. Для повышения экономичности и надёжности в одном плече схемы должен применяться один СПП. Однако, в настоящее время наука не знает приборов, у которых были бы требуемые значения предельного тока и класса. Поэтому в данном курсовом проекте тиристор выбран таким образом, чтобы максимально снизить число параллельных и последовательных приборов в плече.

 

Таблица 4.1

 

Параметры тиристора Т253-1250

 

Параметры тиристора	Значения параметров
Предельное повторяющееся импульсное обратное напряжение URRM, В	400 - 1800
Предельный максимально допустимый средний прямой ток IТAVm , А
Действующий прямой ток IТRMS, А
Предельный ударный неповторяющийся прямой ток IТSM, А
Импульсное прямое напряжение UFM, В	1,6
Пороговое напряжение UTO, В	1,2
Повторяющийся импульсный обратный ток IRRM, мА
Максимально допустимая температура структуры Tjm, ˚ С
Дифференциальное сопротивление rT, мОм	0,44
Тепловое сопротивление переход-корпус Rthjc, °С/Вт	0,022

 

Продолжение табл. 4.1

 

Тепловое сопротивление корпус-охладитель Rthch, ° С/Вт	0,005
Тепловое сопротивление охладитель- окружающая среда Rthjc,° С/Вт	0,27
Заряд восстановления Qrr, мкКл

 

4.2. Обоснование и выбор системы охлаждения

 

Отведение от полупроводниковых приборов греющей мощности, достигающей сотен ватт, а порой даже и нескольких киловатт, осуществляется системой охлаждения, в которую входят охладитель и охлаждающая среда. В качестве охлаждающей среды используем воздух. Способ охлаждения – естественный. Естественное охлаждение достигается благодаря конвекции и излучению при свободном движении воздушного потока вдоль поверхностей охладителя и самого прибора. Для таблеточного тиристора Т253-1250 выбираем охладитель О153-150, параметры которого приведены в табл. 4.

 

Таблица 4.2

 

Параметры охладителя О153-150

 

Параметры	Значения параметров
Тепловое сопротивление участка корпус-охладитель Rthch, ˚ С/Вт	0,005
Тепловое сопротивление участка охладитель - окружающая среда Rthha,˚ С/Вт	0,27

 

4.3 Расчёт максимально допустимого предельного среднего тока

 

Среднее значение тока зависит от допустимой температуры нагрева полупроводниковой структуры, параметров прямой ветви ВАХ и коэффициента формы тока диода.

 

Предельный ток определяется по формуле

 

, (4.1)

 

где Т_а – температура окружающейсреды, учитывая климатическое исполнение выпрямителя Т_а = 30^˚ С;

Т_jm – максимальная допустимая температура структуры (табл. 4.1);

U_TO, r_T – параметры аппроксимированной ВАХ (табл. 4.1);

k_ф – коэффициент формы тока;

R_thja – установившееся тепловое сопротивление цепи полупроводниковая структура – охлаждающая среда.

 

Коэффициент формы тока вычисляется по формуле

 

,

 

.

 

Установившееся тепловое сопротивление цепи определяется по формуле

 

,

 

° С/Вт.

 

Тогда по формуле (4.1) предельный ток равен

 

 

4.4 Расчёт допустимого тока перегрузки диода

 

В схемах преобразователей электрической энергии в аварийных режимах полупроводниковые приборы, как и другие токоведущие элементы, подвергаются перегрузкам по току. При этом полупроводниковые приборы оказываются наиболее слабыми элементами цепи токовой перегрузки вследствие сравнительно низких значений максимально допустимой рабочей температуры.

Если длительность перегрузки не превышает 100с, ток перегрузки вычисляется по формуле

 

, (4.2)

 

где T_j – одно из значений температуры структуры при кратности нагрузки х=I_Т(x)/I_ТAVm, предшествующей режиму перегрузки, принимается по условиям эксплуатации х = 0;0,2;0,4;0,6;0,8;

Р_Т(я) – одно из значений мощности потерь;

k_c =20/6=3,5 – коэффициент скважности импульсов прямого тока;

Z_X,Z_T,Z_τ,Z_T+τ – соответственно тепловое сопротивление цепи структура-корпус за время перегрузки, которое принимается

t_x =0,1;1,0;10;100; за период Т= 20 мс; за время τ =6 мс; за время Т+τ.

Значения переходных сопротивлений определены из графика теплового сопротивления для выбранного СПП с охладителем [2]:

Z_X (0,1 мс) = 0,002 °C/Вт;

Z_T (20 мс) = 0,05 °С/Вт;

Z_τ (6 мс) = 0,006 °С/Вт;

Z_T+τ (26 мс) = 0,07 °С/Вт.

 

От принятого значения х, т.е. величины нагрузки, предшествовавшей возникновению аварийного режима, зависит чувствительность выпрямительной установки к перегрузкам и количество параллельных СПП в плече преобразователя. Принимаем х = 0,4.

 

Тогда ток предварительной нагрузки

 

.