Файл: Фабрикант, В. Л. Элементы устройств релейной защиты и автоматики энергосистем и их проектирование учеб. пособие.pdf

полупроводникового диода, и имеет крутой спад, характеризую­ щий пробой тиристора при обратных напряжениях (U>Uобр.макс),

более чем в два раза превышающих допустимое обратное напря­ жение {Уобр.доп. Прямая ветвь характеристики состоит из двух об­ ластей устойчивого состояния I и III и одной области неустойчи­ вого состояния II.

Рассмотрим принцип действия тиристора на примере схемы рис. 6.48, а. В области I сопротивление тиристора значительно пре­

вышает сопротивление нагрузки; ток через .нагрузку и цепь А—К тиристора (ток утечки) ничтожен. Все рабочее напряжение мож­ но считать приложенным к тиристору. В таком состоянии тиристор считается в ы к л ю ч е н н ы м (закрытым).

При отсутствии тока управления (/у= 0) и повышении напря­ жения питания до С/а~ i/вкл.макс происходит переход тиристора в устойчивую область III, характеризуемую малым падением напря­

жения на тиристоре (доли вольта), так как его сопротивление резко падает и становится значительно меньше сопротивления нагрузки. Ток через тиристор при этом определяется параметрами управляемой им цепи Ятгр и Ua. Таким образом, в области III

вольт-амперной характеристики мало отличается от аналогичного участка характеристики обычного полупроводникового диода.

Управление может осуществляться постоянным током, а также одиночными либо многократными импульсами тока. В последнем случае амплитуда импульса тока управления, необходимого для включения, зависит от длительности импульса

После подачи управляющего импульса тиристор остается вклю­ ченным, и выключить его можно только снижением анодного тока до значения, меньшего тока выключения / выкл (см. рис. 6.48,6),

часто называемого также током удерживания / уд.

Параметры тиристора аналогично транзистору зависят от тем­ пературы. Со снижением температуры тиристора уменьшается его ток утечки, растут ток спрямления и ток удерживания.

Вольт-амперные характеристики перехода УЭ--К тиристора имеют нелинейный характер и отличаются большим разбросом для одного и того же типа тиристора. Заводом-изготовителем дается область этих характеристик во всем диапазоне рабочих темпера­ тур (на рис. 6.49 ограничена кривыми / и 2). Также большой раз­

брос имеют и значения токов управления (спрямления), при кото­ рых для данной температуры происходит включение тиристора. Поэтому обычно приводятся минимальные значения тока управ­ ления / у.мин для определенных температур 0 и при достаточно большом напряжении Uу.Мин на переходе УЭ—К. На рис. 6*49 от­

мечены значения /'y.v„„ (0') и 7"у.м„„ (0") при минимальной 0" и максимальной 0' рабочих температурах. Максимальные значения тока и напряжения на переходе УЭ—К также ограничены (/у.д0п и

312

^ у .д о п ). Наконец, ограничивается средняя мощность Р у.ср.доть П рИ -

ложенная к УЭ—К. Следовательно, при выборе параметров эле­ ментов цепи управления необходимо удовлетворить все указанные выше условия.

Узел управления представляет собой источник напряжения с

внутренним сопротивлением R*„ и токоограничивающим сопротив­ лением Ry. Значения э.д.с,-

источника Еу и сопротив­ ления Ry ограничивают­

ся неравенствами:

Еу < t/у.дрп; (6.143)

Eyl(Ry + R,л) /у.доп-

(6.144)

Для обеспечения надеж­ ного включения тиристо­ ра от данного источника управляющего сигнала необходимо, чтобы его нагрузочная характери­

>^у.ми« и /у > /у.мин (5 на рис. 6.49). Эта зона представляет собой часть квадранта, образованного полупрямыми 3 и 4, выходящими

из точки А с координатами U у.мн„ и /у .МНн при минимальной

рабочей температуре 6".

При управлении постоянным током в случае относительно низ­ кой минимальной рабочей температуры, как правило, оказывается

/у.мнД/у.мин > Ру ср доп. Поэтому такой способ управления допустим

лишь для нестандартных устройств, где подобраны экземпляры тиристоров с минимальными значениями / у и £Уу, а также есть воз­ можность регулировки значения Ry.

В серийно выпускаемых устройствах управление тиристорами

чения тиристора /вкл.т. При этом допустимая мгновенная мощность

Такой способ управления обеспечивает достаточно большие зна­ чения тока / у и напряжения £/у перехода, определяемые неравенст­ вами:

313

и вместе с тем ограничивает среднюю мощность, выделяемую на переходе,

Очевидно, что максимальная мгновенная мощность Румакс выде­

Импульсный способ управления кроме обеспечения надежного включения тиристора имеет еще одно преимущество, выражающее-

ся в возможности посредством импульсного трансформатора элек­ трически отделить цепь управления от силовой. Это важно в слу­ чае применения в цепях управления низковольтных триодов.

С учетом приведенных соображений параметры цепи управле­ ния выбираются следующим образом. Проводимая нагрузочная характеристика 5 источника управления должна пересекаться с

314

та следования импульсов. Таким образом определяются все необ­ ходимые параметры источника тока управления тиристора.

На рис. 6.50 представлена схема управления тиристором при питании нагрузки (катушки отключения выключателя КО) посто­

янным током. В случае отсутствия входного сигнала триод закрыт за счет связи его базы через R4 с шинкой положительного смеще­ ния Ес. Конденсатор Сх заряжен до напряжения Ек. При появле­

нии входного сигнала в виде отрицательного по отношению к шин­ ке О потенциала триод открывается. К первичной обмотке импульс­ ного трансформатора Тр от С\ подается напряжение Ек, которое до момента насыщения сердечника Тр трансформируется во вто­

ричную обмотку, обеспечивая достаточно большие ток и напряже­ ние управления тиристора. Тиристор открывается и все напряже­ ние питания Un оказывается приложенным к КО. После насыщения

сердечника трансформатора напряжение на его вторичной обмот­ ке падает до нуля, а ток коллектора триода ограничивается сопро­ тивлением Лз.

Диод Дч необходим для исключения подачи на переход УЭ—К

в момент закрытия триода напряжения обратной полярности, что недопустимо. Сопротивление /?4 ограничивает максимальное зна­ чение тока управления в случае малого внутреннего сопротивле­ ния перехода УЭ—К. Сопротивление R$ порядка 50 ом предназна­

чено для исключения возможности ложного включения тиристора при действии помех, а также при резких колебаниях питающего напряжения. Конденсатор Сч ограничивает значение dU/dt при

подаче напряжения питания, так как при больших значениях dU/dt возможно ложное включение тиристора. Кроме того, кон­ денсатор Сч в сочетании с резистором Re обеспечивает надежное

удерживание тиристора во включенном состоянии после снятия управляющего импульса.

В цепях с индуктивностью (в данном случае КО) без подклю­

чения дополнительных элементов ток через тиристор нарастает от нуля со скоростью, определяемой его установившимся значением и постоянной времени цепи нагрузки. При импульсном управлении необходимо, чтобы за время импульса /„ ток через тиристор воз­ рос до значения, большего тока удерживания / уд. В противном случае после снятия управляющего импульса тиристор выключает­ ся. Однако практически обеспечение достаточно большого значе­ ния tn влечет за собой увеличение габаритов источника управляю­ щих сигналов за счет роста размеров Тр и С\. Поэтому в схеме

применяются дополнительные элементы, обеспечивающие надеж­ ное удерживание тиристора во включенном состоянии при малых значениях определяемых только условием t„>iвкл .т- Одним из

таких элементов является активное сопротивление /?д, шунтирую­ щее индуктивную нагрузку, за счет чего начальное значение тока UJRz при включении тиристора превышает / уд. При этом несколь­

ко растет мощность, потребляемая от источника питания после включения тиристора. Можно также шунтировать тиристор актив-

315

ным сопротивлением Яя. Тогда до включения тиристора через на­ грузку протекает ток UJ {Яя+Яя) > 1уя, который после включения

где /со — начальное значение тока разряда емкости; /нагр.уст — уста­

новившийся ток нагрузки; ti — постоянная времени нагрузки.

Для выполнения неравенства (6.154а) необходимо, во-первых, что­ бы его правая часть с течением времени не увеличивалась, для чего должно быть t i > t , ч т о , как правило, всегда имеет место, и,

во-вторых, удовлетворение условия т>Т] (/соЛ’нагр.уст) • Таким обра­ зом, значение т ограничено пределами

316