глава 3

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА И ВЫБОРА ДИОДОВ И ТИРИСТОРОВ И УСЛОВИЙ ИХ ОХЛАЖДЕНИЯ

3.1. РЕЖИМЫ И УСЛОВИЯ РАБОТЫ ДИОДОВ И ТИРИСТОРОВ

Под режимом и условиями работы СПП понимают сочетание воздействующих на прибор по всем его параметрам факторов, определяющих параметры состояния прибора (температуру полупроводниковой структуры и других элементов конструкции, значение и градиент напряженности электрического поля, механические напряжения элементов конструкции, тепловые и электрические сопротивления как элементов конструкции, так и контактов между ними).

Режим и условия работы СПП в преобразовательном устройстве (ПУ) определяются, схемой и параметрами ПУ, его конструкцией, параметрами и характеристиками элементов схемы устройства, режимом работы и параметрами питающей сети и нагрузки ПУ, а также влиянием внешних факторов, например температурой охлаждающей среды.

Многообразие режимов работы СПП в схемах ПУ [3.1] можно классифицировать с учетом специфики влияния того или иного режима на состояние СПП и на подход к выбору его типономинала, удовлетворяющего предъявляемым требованиям. Обычно в этом плане рассматривают следующие виды режимов работы СПП:

Стационарный-длительный режим работы СПП при неизменном или изменяющемся в ограниченных пределах (до 20%) токе (среднее и действующее значения прямого тока для диодов и тока в открытом состоянии для тиристоров) и неизменном или изменяющемся в тех же пределах амплитудном значении прикладываемого к СПП напряжения. В стационарном режиме работы состояние СПП определяется в основном максимальным значением эквивалентной температуры его полупроводниковой структуры;

повторно-крат ко в ременный-режим работы СПП при дискретно изменяющемся от нуля до максимума токе (среднее и действующее значения прямого тока диода и тока в открытом состоянии тиристора) и при неизменном или Изменяющемся амплитудном значении прикладываемого к СПП Напряжения. При повторно-кратковреметшом режиме работы достояние СПП определяется в основном максимальным

значением эквивалентной температуры его полупроводниковой -структуры, диапазоном изменения этой температуры при переходе от одной загрузки СПП по току к другой и числом таких переходов. Повторно-кратковременный режим, как правило, имеет циклический характер;

импульсный-режим работы СПП при нагрузке его кратковременными импульсами тока больгиой скважности, когда состояние СПП определяется мгновенным значением температуры его полупроводниковой структуры и локальным перегревом горячих точек;

ждущий-длительный режим работы СПП при приложении к нему постоянного или переменного анодного напряжения в непроводящем состоянии без переключения СПП в проводящее состояние. В ждущем режиме состояние СПП в основном определяется локальным перегревом полупроводниковой структуры током утечки при приложении обратного напряжения и током закрытого состояния при приложении прямого напряжения к тиристору в закрытом состоянии.

За длительный режим работы СПП принимают режим, когда время прохождения тока через него больше или равно времени tj,, необходимому для достижения его полупроводниковой структурой максимальной температуры при определенных токе и условиях охлаждения.

Рекомендуемые значения при естественном охлаждении - tRt=2000 с; при принудительном охлаждении и скорости охлаждающей 9редь1 Р<,у = 6м/с fjj,= 1000c и при fc/=12m/c tR,=600c.

Повторно-кратковременный режим работы СПП имеет место, когда время, прохождения тока через него меньше tju и время паузы также меньше tju.

Импульсный режим работы СПП имеет место, когда время прохождения через прибор тока меньше tj,, а время паузы больше

Кроме того, при анализе режима работы СПП в схеме ПУ следует различать рабочий и аварийный режимы работы прибора:

рабочий режим-режим работы СПП, обусловленный нормальным режимом работы схемы ПУ при номинальных (с учетом допустимых отклонений) параметрах питающей сети и нагрузки;

аварийный режим-режим работы СПП, обусловленный аварийными условиями работы питающей сети, ПУ или его нагрузки, возникающий ограниченное число раз за срок службы.

Необходимость рассмотрения рабочего и аварийного режимов работы СПП обусловлена тем, что, с одной стороны, каждый из этих режимов характеризуется своим сочетанием воздействующих на СПП факторов, а с другой стороны ,58

свойства и способности СПП описываются в этих режимах разными параметрами и характеристиками.

Следует иметь в виду, что значения воздействующих на СПП факторов в аварийном режиме работы ПУ определяются не только процессами, происходящими в питающей сети, схеме ПУ и цепи нагрузки, но действием и параметрами элементов устройств ограничения этих воздействий. Таким образом, факторы, воздействующие на СПП по тем или иным его параметрам, как правило, могут быть с помощью ограничительных (защитных) устройств в аварийном режиме ограничены до заданного уровня.

В противоположность аварийному режиму в рабочем режиме работы ПУ уровни воздействующих на прибор факторов определяются только параметрами и режимом работы питающей сети, схемы ПУ, его нагрузки и не могут быть ограничены.

В связи с тем что состояние СПП, его работоспособность и надежность зависят от температуры его полупроводниковой структуры, градиента температуры, диапазона и скорости ее изменения, напряженности и градиента электрического поля полупроводниковой структуры и изоляционных промежутков конструкции прибора, а также от значения и характера механических и климатических воздействий на элементы конструкции СПП, то при выборе типономинала СПП для применения в .схеме ПУ в качестве исходных должны быть учтены все воздействующие факторы, непосредственно или косвенно влияющие на СПП по всем его параметрам.

Температура полупроводниковой структуры СПП, скорость и диапазон ее изменения, а также температура корпуса СПП определяются мощностью, рассеиваемой в полупроводниковой структуре и элементах конструкции СПП, зоной выделения потерь, зависимостью мощности потерь от времени, тепловыми сопротивлениями элементов конструкции СПП и условиями его охлаждения. В то же время потери в полупроводниковой структуре зависят от формы, значения и частоты анодного тока СПП и приложенного к нему напряжения в проводящем и непроводящем состоянии, а также на интервалах переключения из проводящего состояния в непроводящее и наоборот.

Напряженность и градиент напряженности электрического Поля в полупроводниковой структуре и изоляционных промежутках конструкции СПП определяются значением и формой Прикладываемого к нему напряжения, а также значением й формой тока, протекающего через СПП непосредственно Перед приложением к нему напряжения.

Значения и характер механических и климатических воз-Действий на СПП определяются уровнями механических и климатических воздействий на ПУ и его конструкцией, а также