Модуль полного сопротивления

"ПОС

СЗСф

2

(6-57)

Зависимости полных сопротивлений от фазового угла приведены на рис. 6-9.

Из рис. 6-8 и 6-9 видно, что при параллельном соединении источников полные сопротивления для них равны нулю при ф = О и равны 2/н при ф = ± Jt/2, при последовательном соединении они равны бесконечности при ф = О и равны Гн/2 при ф = Н= Jt/2.

г, X, 2

Рис. 6-8. Зависимости для полных сопротивлений при параллельном соединении источников сигнала

Рис. 6-9. Зависимости для полных сопротивлений при последовательном соединении источников сигнала

Таким образом, источники должны устойчиво работать при изменении нагрузки от номинальной до нулевой при параллельном соединении и от номинальной до бесконечной при последовательном.

Для анализа режима работы источников недостаточно знать пределы изменения полных сопротивлений источников сигналов. Необходимо найти, как изменяется режим работы генератора при изменении фазового угла ф. В предыдущих главах показано, что режим работы инверторов зависит от ряда параметров схемы. Если установить связь указанных параметров схемы с фазовым углом ф, то нетрудно найти изменение режима работы инвертора или генератора (токи, напряжения и схемное время выключения) при изменении этого угла. Рассмотрим это на примере параллельно-последовательного контура с обратными диодами и близкой к синусоидальной формой напряжения на нагрузке.

Режим работы рассматриваемого инвертора (см. рис. 4-6) зависит, как указано в § 4-2, от следующих параметров: добротности Q = Лн У l}Ci, отношения собственной частоты коммутирующего контура к генерируемой G == о)о/о), отношения е = CJC и может быть определен с помощью табл. 4-2. Такой инвертор устойчиво работает при изменении сопротивления нагрузки практически от нуля до бесконечности. Поэтому в данном случае может быть применено как последовательное, так и параллельное соединение источников напряжений. Рассмотрим случай последовательного соединения.

Найдем полное сопротивление эквивалентной цепи, состоящей из емкости Сг и полного сопротивления нагрузки каждого инвертора, включенного последовательно с емкостью Cg и определяемого из выражений (6-35), (6-36):

юСг ctg ф -f 1

соСо

(оСа ctg ф -f 1

©Со

(6-58)

Активную и реактивную составляющие сопротивлений можно представить соединенными параллельно (это может быть сделано, если фаза ф изменяется медленно по отношению к изменению напряжения на выходе инвертора), тогда на основании выражений (6-58) получаем

(fJ<oC+(H-f.C.ctg,)

Hi =/<2 =-;

С02С2

(6-59)

(6-61)

Х,==- --?-1- ; (6-60)

(оСз 1 +-toC2ctg9

+ + f «C,ctgфJ (оСз (1 + ctg ф

Из выражений (6-59) - (6-61) видно, что при ф = ± л/2 и 8-0 (т. е. Са--оо) сопротивления цепей инверторов, включающих в себя емкость и полные сопротивления источников сигнала, имеют активный характер и равны rJ2. Добротность Qo каждого инвертора определяется выражением

2 УЫСу

при всех остальных значениях угла ф из-за реактивностей, вносимых полными сопротивлениями источников, изменяются не только добротности коммутирующих контуров инверторов, но и их собственные частоты.

Добротность коммутирующего контура первого инвертора

;(Ф)

pi (Ф)

(6-62)

где R\ (ф) определяется из выражения (6-59); Р1 (ф) =

(оС,

Используя зависимости (6-59) и (6-60), из выражения (6-62) получим

Qi (ф) Qo

ctg ф

(6-63)

где во - значение отношения О при ф = ± п/2. Для второго инвертора аналогично найдем

Q2 (Ф) = Qo

0\

+ (i-ctg)

8292n

1 +-°-ctg9 e9n

82вг„ 8во V.

(6-64)

Величина Bi с учетом изменения частоты коммутирующего контура определяется в общем виде выражением

в,(ф) = --(Ф1,

- собственная частота коммутиру-

где сОо1(ф) =

ющего контура с учетом реактивности, вносимой полным сопротивлением.

С учетом выражения (6-40) получим

в1(ф)=во

/,4..1fl-ctgn:[,-fl-ctgcpYl

(6-65)

-5° -J"

90 -90" -60" -50" 0 50" 60" 90"

----г-1,0; во1,2;1,5;2.0

-90" -60° -50

Рис. 6-10. Зависимости для добротностей Qx и Qa

-90" -60" -30"

30" 60" 90

Рис. 6-11. Зависимости для относительных расстроек и Og

Для второго инвертора аналогично найдем

02(ф) = во *

(6-66)

Полученные с помощью выражений (6-63) - (6-66) зависимости параметров Qi, Qa. i* ®2 в функции фазового угла ф представлены на рис. 6-10 и 6-И. Зная эти зависимости, с помощью табл. 4-2 нетрудно определить изменение режима работы инвертора.

6-3. Схемы защиты тиристорных генераторов при аварийных режимах

Причины возникновения аварийных режимов в тиристорных генераторах можно разделить на две группы: а) внешние, вызванные короткими замыканиями или обрывами в нагрузке; б) внутренние, обусловленные выходом из строя отдельных тиристоров и диодов или нарушениями в работе схем формирования управляющих импульсов.

При аварийных режимах возникают перегрузки тиристоров или диодов по току или напряжению, а также в некоторых случаях существенно увеличиваются скорости нарастания тока и напряжения {Si и Su).

В отличие от электронных ламп и ионных приборов из-за малой теплоемкости самих полупроводниковых структур тиристоры и диоды, используемые в генераторных устройствах, чувствительны к перегрузкам по току. Чтобы определить допустимые перегрузки по току, для приборов каждого типа устанавливаются основные параметры и характеристики перегрузочной способности: а) ударный ток тиристора в открытом состоянии I-psM - ток открытого состояния, при протекании которого превышается наибольшая допустимая эффективная температура перехода, но который появляется редко, с ограниченным числом повторений и вызывается необычными процессами в схеме; б) защитный показатель - значение временного интеграла от квадрата аварийного тока в открытом состоянии {il dt. о

Полупроводниковые приборы чувствительны и к перенапряжениям. Для характеристики устойчивости вводятся следующие параметры: а) неповторяющееся импульсное напряжение тиристора в закрытом состоянии Udsm - наибольшее мгновенное значение любого неповторяющегося переходного напряжения в закрытом состоянии, возникающее на тиристоре; б) неповторяющееся импульсное обратное напряжение Ujsm - наибольшее мгновенное значение любого неповторяющегося переходного обратного напряжения, возникающего на тиристоре.

Из-за инерционного распространения тока из области управляющего электрода по всей площади полупроводниковой структуры тиристоры имеют ограниченную скорость нарастания прямого тока, определяемую допустимым значением 5;д. Во избежание ложного открывания тиристоров должна ограничиваться скорость нарастания прямого напряжения 5„д.

По указанным выше причинам для надежной работы тиристорных генераторных устройств в ряде случаев необходимо использовать специальные устройства защиты [16]. Меры защиты от увеличения скоростей нарастания тока и напряжения подробно описаны в литературе и здесь не рассматриваются.

Для защиты генераторов от перегрузок по току могут быть использованы плавкие предохранители, являющиеся наиболее простыми защитными устройствами, однако они имеют слишком большое время срабатывания. Параметрами, характеризующими быстродействие плавкого предохранителя, являются количество энергии W необходимое для расплавления плавкой вставки, и энергия теплового воздействия 1Гд в период горения дуги, образующейся после расплавления плавкой вставки.

Для надежной защиты полупроводникового прибора суммарная величина Wn + Должна быть меньше защитного показателя прибора данного типа, удовлетворяя условию

(W+W<]ildt.

Однако сопоставление левой и правой частей этого неравенства для различных типов предохранителей и полупроводниковых приборов при условии соответствия их номинальных токов показывает, что правая оказывается существенно меньше левой. Например, для тиристоров ТЧ-100 правая часть неравенства равна 11 ООО А-с, а левая для быстродействующего предохранителя ПНБ-5 на такой же номинальный ток - ПО ООО А-с. Таким образом, даже быстродействующие плавкие предохранители не обеспечивают надежной защиты полупроводниковых приборов без принятия специальных мер. Такими мерами могут служить либо весьма существенная, практически неприемлемая недогрузка этих приборов по току, что позволяет использовать предохранители на меньший номинальный ток, либо увеличение числа параллельно включенных приборов. Тот же недостаток присущ и автоматическим выключателям. Поэтому если ставится задача защитить тиристоры, то автоматы и плавкие предохранители используются как резервные средства защиты.

Добиться требуемого высокого быстродействия защиты можно лишь при наличии быстродействующих бесконтактных электронных схем защиты, которые состоят из высокочувствительных датчиков защиты, позволяющих индицировать аварийный процесс в самом начале его развития, и быстродействующих исполнительных элементов, прекращающих протекание тока через тиристоры. В качестве датчиков, сигнализирующих об увеличении тока, обычно используются шунты или трансформаторы тока, включенные последовательно с тиристорами. Сигнал с датчика подается на транзистор или вспомогательный тиристор, открывает их и формирует сигнал управления для тиристоров схемы защиты. Датчиком, сигнализирующим о чрезмерном увеличении напряжения, чаще всего служит обычный высокоомный делитель, включаемый параллельно одному из рабочих тиристоров. Если напряжение превосходит допустимое, открывается транзистор или маломощный тиристор, соединенные с делителем, и вырабатывается управляющий сигнал для тиристоров схемы защиты.