автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.12, диссертация на тему:Влияние переходных процессов в параллельных низкочастотных тиристорах на распределение нагрузки между ними

кандидата технических наук
Коровин, Юрий Витальевич
город
Нижний Новгород
год
1996
специальность ВАК РФ
05.09.12
Автореферат по электротехнике на тему «Влияние переходных процессов в параллельных низкочастотных тиристорах на распределение нагрузки между ними»

Автореферат диссертации по теме "Влияние переходных процессов в параллельных низкочастотных тиристорах на распределение нагрузки между ними"

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

РГб од

На правах рукописи

Коровин Юрий Витальевич

ВЛИЯНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ НИЗКОЧАСТОТНЫХ ТИРИСТОРАХ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ . НАГРУЗКИ МЕЖДУ НИШ

Специальность 05.09.12 - Силовая электроника

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г

ЯККНИЙ Новгород - 19?б

Работа выполнена на кафедре "Электрические станции, сети и системы" Челябинского государственного технического университета

Научный'руководитель - кандидат технических наук, доцент Гольдштейн М.Е.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Катаев И.Г.

- кандидат технических наук Щербаков Б.Ф.

Ведущее предприятие - АО "Уралэлектротяжмая". г.Екатеринбург

Заащта состоится декабря 1996 г. в 14 часов,

ауд. М258 на заседании диссертационного соиета К063.85.05 по пр . суздению ученой степени кандидата технических наук в Нижегородск государственном техническом университете (603600, ГСП-41, г. На ний Новгород, ул. Минина, 24).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Н&хегородскс Государственного технического университета.

Автореферат разослан

г.

Ученый секретарь диссертационного совета

V

Ш-

В.В. Соколов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Несмотря на'увеличение мощности освоенных -промышленностью силовых тиристоров в преобразовательных устройствах (ПУ) широко используется их параллельное соединение. При этом из-за технологического . разброса параметров тиристоров и, электромагнитной асимметрии токоведущих частей . (ЭМАТВЧ) преобразователей нагрузки параллельных тиристоров (тога, напряжения, мощности потерь и температуры полупроводниковых структур) могут различаться. Воздействие ряда факторов на загрузку тиристоров хорошо изучено: Мевду тем, влияние переходных процессов распространения включенного состояния (РВС) и выключения в параллельных тиристорах на распределение, их нагрузок исследовано недостаточно.

В то же время, перераспределение токов параллельных тиристоров на интервалах развития процессов РВС и выключения приводит к тому, что потери в некоторых из вентилей существенно возрастают. Это особенно проявляется в ПУ без-делителей токов с неинтенсивннм охлаждением (воздушным и односторонние водяным, где предельно допустимые токовые нагрузки тиристоров не превышают 50 % от их номинального значения). При этом стремиться снижать только потери мощности в тиристорах при их выключении, не обращая внимания нз величины коммутационных перенапряжений, нельзя, так как эти параметры взаимосвязаны. Поэтому исследование влияния переходных процессов РВС. и выключения на -нагрузки параллельных тиристоров является актуальным. Заинтересованность в этом проявили предприятия НЩ АО- "Электросила",. АО "Уралэлектротяжмащ", НПО "Электротехника", ВНИШреобразователь. .

. Цель'работы. Исследовать влияние переходных процессов в параллельных низкочастотных силовых тиристорах на распределение нагрузки между ними; разработать средства оценки и снижения этого влияния.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести комплексные натурные исследования для уточнения, . расширения и обобщения информации об особенностях развития переходных процессов в параллельных тиристорах.

2. Разработать способы определения параметров, характеризующих процесс распространения включенного состояния в тиристорах и степень влияния этого процесса на распределение нагрузки между тиристорами, а также способы подбора тиристоров для параллельной

работы, снижающие это влияние. .

3. Разработать математические модели группы параллельных тиристоров, позволяющие учитывать влияние переходных процессов распространения включенного. состояния и выключение на распределение нагрузки между тиристорами.

4. Провести на моделях имитационные исследования и определить условия снижения этого влияния.

Идея работы заключается в выявлении и моделировании разной интенсивности развития и взаимного влияния переходных процессов распространения включенного состояния и выключения в параллельных тиристорах. 1

Методы исследования. В диссертационной 'работе применены методы численного решения систем линейных дифференциальных уравнений с постоянными и переменными коэффициентами, описывающих электрбмагнитные процессы"в группах параллельных тиристоров; методы математической статистики для обработки 'экспериментальных данных; специально разработанные метода измерения параметров процесса распространения включенного состояния тиристоров.

Научная новизна.

- Разработана функциональная математическая модель.одиночного тиристора на этапе -выключения, которая обеспечивает с доста-. точной для инженерных-расчетов точностью воспроизведение -кривой обратного восстанавливающегося на нем напряжения на всем интервале нарастания. Параметры модели могут быть определены из каталожных характеристик тиристоров, при заданием ре-кимв рзиоты.

- Разработаны математические модели группы параллельных тиристоров на этапах переходных, процессов распространения включенного состояния и выключения, которые позволяют на стада! проектирования преобразователей исследовать 'влияние этих процессов на распределение нагрузки между тиристорами.

- Разработаны способы выявления и снижения влияния процесса распространения включенного состояшя на неравномерность загрузки параллельных тиристоров.

На защиту выносятся.

I. Результаты экспериментальных исследований влияния переходных процессов.распространения включенного, состояния и выключения в параллельных тиристорах на. распределение токов между ними.

2. Способы определения параметров процесса распространения включенного состояния в тиристсрах к снижения влияния их разброса на загрузку параллельных Еетвей.

3. Фужционэльная модель тиристора при выключении.

4. Математические модели группы параллельных тиристоров ría этапах распространения включенного состояния и выключения.

, 5. Результаты имитационных исследований влияния различных факторов на развитие переходных процессов в параллельных тиристорах и распределение нагрузки между ними.

Практическая значимость.

- Разработаны способы комплектования групп, параллельных тиристоров с учетом разброса параметров процесса Р6С в них, позволяющие снизить неравномерность загрузки вентилей и тем самым повысить надежность работы преобразователей.

- Результаты имитационных исследований позволяют обосновать требования к параметрам токоведущих частей преобразователей, обеспечивающие снижение влияния'переходных процессов в параллель-.4 ных тиристорах на распределение" нагрузки мезду ними.

- Предложены, косвенные способы определения критической плот--ности тока тиристоров с помощью электрических сигналов на их еы-Еодах, что позволяет достаточно легко учитывать разброс этого параметра у однотипных тиристоров.

Результаты работы реализованы:

- в КИМ АО "Электросила" щш формулировании требований к конструкции токоведущих частей и определении параметров защитных RC-цепей в преобразователях без :.делите.лей тока серии В-'ГПП для систем возбуждения турбо- и гидрогенераторов;

- в АО "Уралэлектротяжмаш" при определении параметров токе- ■ ведущих частей и комплектовании тиристорами преобразователей без делителей тока с воздушным охлаждением для систем возбуждения • синхронных генераторов и с водяным охлаждением для систем возбуждения асинхронизированных турбогенераторов. АСТГ-220 и АСТГ-800;

- е НПО "Электротехника" при разработке серчи выпрямителей типа ТПВ-8000/24 с водяным охлаздйшем' без дэ.тлтелей тока.

Апробация работы. Основные положения" диссертационной работы доклэдызялись и обсуждались:

- нз VIII Всесоюзной конференции "Силовая'полупроводниковая техника и ее применение в народном хозяйстве" дг.Мизсс,- IPS9 "■)',.

- на V Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы преобразовательной техники"•(т.Киев, 1991 г)^

- на 7 Всероссийской конференции "Пути улучшения энергетических и массо-гэбзритны? показателей полупроводниковых преобразователей электрической энергии" (г.Челябинск, 1993 г.).

' - Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, получено 4 авторских свидетельств и патентов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из зЕэдения, четырех .глав, заключения, списка использованных источников и приложений; содержит 201 стр. основного текста, включая список сокращений и обозначений, 50 рис. на 41 стр., 5 таблиц, список литературы из 109 названий, а также приложения не 50 стр.

_ ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении проведено обоснование актуальности работы, сформулирована ее цель и научные положения, Еьшосимые на ¿ащш'У.

В педБсй главе на основании бибдяогрзфиче ского анализа показано, что. различие в параметрах переходных процессов РВО и выключения у параллельных тиристоров может существенно сказываться на распределении токов и мощностей потерь между ними.

Так, время распространения включенного состояния у современных низкочастотных силовых тиристоров таблеточной конструкции может достигать (I...3) мс, что более чем на два порядка превышает каталожные величины времени включения и составляет значительную часть интервала проводимости. Поэтому различие б интеасивнос-■гях 1-BG у параллельных тиристоров, вызаандое технологически^ разбросом их параметров и усиленное их взапглша влиянием, приводят к

л

неравномерности загрузки этих тирясторок. -

При выключении груш .парзллальных тиристоров из-за разброса параметров сами приборов (и ярезде всего различия з величинах их зарядоЕ обратного восстановления <J ) и ЭМАТВЧ вентильных ветвей происходит неодновременный переход чореь .толь токов ветвей и несинхронное затирание тирлсторов, яроявлягареся в неодновременной начале спада их обратных, тскоп. Следствием этого является перераспределение обратных токсв между параллельными тиристорами к мощностей потерь в них.

Однако в известиях работах на определена конкретные взаимосвязи между причинам, вызывающими неравномерность распределени/

негрузки между параллельными тиристорами этапах FEO и выключения, и параметрами, харахтерузуадши эту нерсвномерность; отсутствуют рекомендации ло ее.выявлению и снижению; не исследовано влияние различных факторов, в частности разброса параметров тиристоров и ЭМАТВЧ ГГ/, не развитие переходных процессов в параллельных' тиристорах и неравномерность их загрузки, обусловленной этими процессами. Часть из этих задач монет быть решена путем экспериментальных исследований. Для реаеиия других, например исследования влияния различных факторов, следует разработать математичес-* кие модели групп параллельный тиристоров на этапах роевлгпя i/epe--ходнйх ' процессов в hvix. При этом предпочтительно применение функциональных моделей, з качестве параметров которых используются величины либо каталожных характеристик тиристоров, либо измеренные на кх выводах.

Анализ известных моделей одиночных тиристороп на этапе FBC показал, что лучше других цели исследований соответствует модель,-которая напряжение на каждом из. параллельных ' тиристоров группа определяет как

uT(t) = UTO + rT..Sn/S(î).tT(t), (I)

где гт и UTO - динамическое сопротивление и пороговое напряжение;

Sn - площадь полностью включенной структуры тиристора;

S(t) — площадь включенной структуры в момент временй t. Эта модель позволяет учитывать неоднородности полупроводниковых структур и взаимное влияние параллельных тиристоров на развитие РВС в них и на электромагнитные процессы в rpyurrs, - а также она хорошо согласуется при S(t) = с широко применяемой кусочно-Линейной аппроксимацией вольт-амперной характеристики (ВАХ) полностью включенного тиристора .

Известные модели одиночных тиристоров при выключении либо сложны и содержат эмпирические параметры, что затрудняет их применение, либо недостаточно точно отражают характер спада обратного тока, что сказывается на точности расчетных значений гмилптуди■ и максимальной скорости ясрестшшя. восстанватаваючегоса обратного напряжения. Поэтому необходима ноеэя модель, лишенная'- и-тос недостатков.

Во второй главе анализируются проведении» натуряне иоолего-вания влияния переходных процессов i.BC а Бык.пюченнл в парэлзел«.-нцх тиристорах на раг.пределение нагрузки между ними. ■ '

Установлено, что ВАХ одиночных тиристоров одного типа, даже имещих Слизкие значения пороговых напряжений и динатческхх сопротивлений, могут существенно различаться (рис.1).-' что и приводит к неравномерности загрузки тиристоров группы. При этом могут быть случаи, когда один из параллельных тиристоров включаемся, но практччэски не берет ток (например тиристор Я 3 при параллельной работе с тиристором HI); когда процесс РБС у одного ' или нескольких тиристоров группы нэ завершается до конца интерга-ла проводимости длительностью (S...IQ) мс (у тьристора м 4 при параллельной работе с тиристором .4 I). Эти явления обусловлены разной интенсивностью процесса FBC. у параллельных тиристоров, вызванной как деоднорсдностями в полупроводниковых структурах, тяк и различием в параметрах процесса РВС у разных тиристоров, что и проявляется в различии соответствующих переходных участков их ВАХ,. и приводит к существенной неравномерности загрузки парал--'-лешшх вентильных ветвей. Влияние процесса PEG на токорасареде-лйше в группах, составленных как из тиристоров с кольцевым управляющим алектодом и диаметром иайбы 50 ш, так и из тиристо-pjû с улрагчгязицим электродом в виде ■ трехлучевой звезды и диаметром ыайбы 76 мм,"качественно не отличаются. Однако в тиристорах с большим диаметром влияние процесса РВС более существенно из-за увеличения времени распространения. : ■

Разработана методика измерения ветчины иеравкомернэсти загрузки током параллельных тиристоров (небаланс тока), вызванной различием параметров процесса FEC в них - Эксперименталь-

ная исследования показали, что величина Л1рвс зависит от средне-, арифметической токовой загрузки параллельных, тиристоров и скорости нарсстания тока группы, возрастая при, их уменьшении. В прэ-. образователях без делителей тока с '; зсздузшым и односторонним водяным охлаждением дахе прл условии, что все параллельные тиристоры берут ток, небаланс А1рВ„ может достигать (10...40) % .Предложены способы комплектования тиристорам:: груш параллельных вентильных ветвей с учетом разброса параметров процесса РБС. Их применении позволяет исключить случаи, когда один ши нисколько тиристоров в группе не бзрут ток, и добиться того, что процесс FHC в тиристорах развивается. с - существенно меньшим временным разбросом, ч величина ДГ оказывается менее 10 %.

Разработаны два способа определения критической плотности тока у тиристоров с помощью измерения электрических сигналов на их выводах. Установленэл тесная корреляционная связь между 'значе-' ниями критической плотности анодного тока и параметра, характеризующего процесс РЗС, по которому следует подбирать тиристоры для .'".раллельной работы, подтверждает достоверность полученных результатов, так как оба параметра хярактерч&уит сдан л тот же процесс.

Экспериментально показано, что из-за нсодноьрекзнкого выключения параллельных тиристоров меняются скорости измензния чх токов, причем скорость спада прямого тока, а.послэ перехода гекз через ноль - скорость яарастзнля обратного текз у тиристора,•вк-

ключапцегося последним в груше, может оказаться больше скорости тока коммутации всей группы. В результате перераспределения обратных токов мевду параллельными тиристорами изменяются величины их зарядов обратного восстановления. Это неизбежно сказывается на величинах мощностей потерь в тиристорах при их 'выключении и амплитуде коммутационных перенапряжений, всзнихавдп при восстановлении обратного напряжения на тиристорах, что необходимо учитывать при выборе параметров защитных ЕС-цэлей.

В третьей главе представлены математические модели группы параллельных тиристоров на интервалах развития в ней процессов ЕВС и выключения, а также разработана функциональная математическая модель одиночного тиристора для воспроизведения кривой обратного восстанавливающегося на нем напряжения при выключении.

На интервале проводимости группы из' п параллельных тиристор-них ветвей электромагнитные процессы в ней описаны ,системой дифференциальных уравнений:

и = ь^сгг/'Л + гу г1 + V

и • Г1' + ит1.

и = ^п'* + гп •ь итп .

п

1 = 14

1=1

где и - мгновенное падение напряжения на .тобой из ветвей группы;

% Е Г1 - эквивалентные индуктивносгь и активное сопротивление вентильной ветви с номзром 1, вклочаздиа, в частности.' и параметры ТВЧ;

и скорость его нгггензцл;; в.ветви с номером 1; -'мгновенное 'падение.напряжения'на тирасторе 1-ой ветви; г - ток группы, считающийся заданным. 'Вела для каждой. тиристоршй ве*ви в скстс:.:о (2) подставить вместо ЦР0ВУ" 'часть' выражения (I), ввести обозначение г ¿(4)' = а затем преобразовать уравнения.к нормальной форме относительно.<И±/(Л,,.то' (п-1)-уравнений будут шрть гад,.(для произвольно выбранной ветви с номером к) :

а1к/ах

I ^Ы^Н1 -Г К-^])+

- 1--1 п

+ I [ -

1=1

п

- [ ^ток - I Кок!' ) -

1=1

пД^к

- 1/П- ^ [ (г^^)-,^.^^-!,)/!,] +

п

/ [ 1 - 1/«. 7 [(1^.)/^] ] / ^ , (3)

3 = 1

п

■ • . 1=1 а оставшееся п-ое уравнение для ветви с произвольным номером д •

^ = г ' ; ' '•<> : г=1

Система из (тГ-1) дифференциальных уравнений вида (3) содержит нелинейные коэффициенты г < (1), поэтому ее ¡решение .о учетом уравнения (4) и начальных условий найдено с помощью. чаалепного метода Рунге-Кутты четвертого порядка. При &тсм промежуток ¿реме-, ни, в течение которого в тиристорах .группы развивается '¡гпоЬ.еос РВС (от момента -включения тиристоров' до момента - окончания' процесса РВС в последнем из них), разбивается на временные интервалы М , на каждом ия 'которых' до^реншвлъные уравнения (3 5 заменяются разнсст.чыжг и производится их решение.. Скорости распространения 7 у тиристоров з преде пэх хаздого ''ингераола полагаются кеиьменнима и равными ¿лечениям в- нячакь: интервала л определяются по плотностям тока Jj(te) в -конца лрэдадуцех-о интервала с помощьюфункциональной зависимости ?8р '••=' параметры которой - критическая плотнеешь тока „?_. я" коаффациен?

1-1

Kv - найдена экспериментальный путем для партий тиристоров Т253-1000, Т353--800, TI73-I250. Тогда за рассматриваемый интервал времени At линейная координата, соответствующая переднему фронту включенного состояния в полупроводниковой структуре i-го тиристора, возрастет на величину V . üe)'Aie, а плотность его тока принимает значение . = tAt+ii^)/SAt+ A£ ) (здесь

J. с с i. tf 6 l с

i^d +Ai ) .к S£(t - ток v, площадь включенной области i-го

Tj*pi'c'"cpf' в момент времена (t -r-Lt ) ). При допущении, «то РВС прл'.схсдат равномерно по всей полупроводниковой структуре,' были галучбЕЫ выражения для определения площади включенной области Sit} в тиристорах с уиравлятагам электродом в форме трехлучевой звезда, где они наиболее сложны. Это позволяет последовательно находить Si(ie+Aie), J^i^-btJ и VBpi(ift+Ale), после чего процесс вычисления продолжается аналогично на следующем интервале. '■'■■■''■Для более точного воспроизведения кривой обратного восста-наЕливякщзТсся на тиристоре напряжения при его выключении ралра-ботана комбинированная .функциональная модель. Согласно этой модели спадающая вэтвь'.кривой, обратного тока тиристора описывается следувтииа выражениями:

- первоначально на интервале времени от tg до i,

-(а-(t-t ))2

- - w« • . (5)

Гггы - - амплитуда обратного тока тиристора;

•Q и ipp - заряд и время обратного восстановления тиристора;

t. - I

ь

^^/tdi^/rfi- интервал нарастания обратного тока;

(dl„/dt- скорость спада прямого тока тиристора; с I/(2-W--ln0.9> ;

~ - 0.504- (tri,-tB) ; ' -

с ■■= t - 2-т- ЗлО.Э ;

■ ■ С С i

- начиная о момента времени ¿ü -(i-t.)A

- i (i) = - с,э-г . • (G)

. г > . * г?м Уточпокке характера спада обратного тока обеспечивает получение бвдаккх к ..пкс'кь'рлмйитадьдам' как'расчотни* начальной я мрксимзль-•вой 'ск0рсст<?й . карзотсаияoöpsraoj'o' напряженая,- так р -.?нччеиий

амплитуд коммутационных' перенапряжений. Комбинированная модель содержит лишь параметры, определяете' через каталожные (иха измеренные для конкретного прибора) характеристики тиристоров при известном режиме эксплуатации.

Проведено обоснование сземы. замещения и рззработпна математическая модель группы параллельных тиристоров на интервале выключения. Налете в модели двух неодновременно выключающихся тиристоров, каждый из которых эквиЕалентирует определенную часть параллельных тиристоров группы, позеоляэт, с одной стороны, у:и-тывать перераспределение обратных токов, скоростей их изменеття, зарядов восстановления тиристоров из-зя их неодяазрепетюго выключения и, как следствие, измеке1ше дополнительных потерь ковкости з тиристорах при выключении- а амплитуды коммутационных переналряжений; а с другой стороны, наличие в модели .ищь дв.уу параллельных тиристоров существенно упрощает процесс вычисления, так как в противном случае каждый из параллельных тиристоров причлось бы вводить отдельным нелинейным элементом.

В результате сформирована модель 'преобразователя с группами параллельных тиристоршх ьетвей, предус?,гатривамщэя реально существующее разделение защитных ПС-цепей на внешние, в качеству которых рассмотрен вариант с "поглотителем. энергии",' устапзвлпзаомим в преобразователях АО,"Электросила", и индивидуальные. Этя модель позволяет исследовать елияниэ ЗМА7ВЧ 1С и различия параметров тиристоров на процесс восстановления обратного напряжения на них, определять потери мощности в тиристорах и Р.С-цепях, что делает более цедепалравлешшм поиск оптимальных параметров защитных цепей.

Экспериментальная проверка тюкэзала, что( все разработанные модели обладают достаточной точностью для проведения инженерных расчетов. ''''." "*" ■

В четвертой гл^ве проанализирован» результаты кммтьционнкх исследований слияния различна* 'факторов на рдзвкгаё переходных процессов в параллельных. тиристорах и. не свяаа?®-/»-.. о -клип неравномерность загрузки тиристоров,. "

Показано, что влияние процесса FBC в зераллолышх ифисторах,. на распределение нагрузки мекду ними оказываемся наибо-гее c./lvc-твояным в определенных диапазонах постоялкой нрекеки гирясторанх ветвей {jmc,2h М яраобразовьтелях без. ягоо*ктибнкх ■ .еьжгигл?,

ля

10"' 2

5 ' ¡0° 2 8 10* 2 МС

Рис. 2. Зависимости небалансов мощностей лотерь в тиристорах. вызванных влиянием процесса РВС е них. ДР^ от величины постоянной воемени вентильной ветви ть для группы из ¿вух параллельных тиристоров {ть- Ь/т. где Ь и г- эквивалентные индуктивность и активное сопротивление ветви)

ь*А. —

Ряс.З. Зависимости."'хграигерюуюшие елияние относительной .ргОгмць! ш. моментах' перехода через «от> токоб аьу* г.арзг,-г.,-гъмы.г "Тиристоров яа велшины коэффициент комму-. у;и1;он«о<>. .г^рг^априжеииЙ А:, и косности потерь при сы-.пю-г. Р„г а тиристоре, выключающемся последним ( - зре-' н» «эоастания обратного тона ь тиристоре. эычлючак>шьмся .первым) '..'■■'■: ■ ■'■■"■'. ' •-..• .-■

тска оно в сильной степени зависит от эквивалентных индуктивности й ТВ*. Влияние становится наиболее существенным в том случае, если при условии полного включения части параллельных тиристоров, плотности токов в остальных окажутся на уровне или меньше кркти-ческих* величия., Поэтому это влияние может проявляться наиболее сильно в преобразователях с неинтенсхвным охлаждением, где среднеарифметическая загрузка тиристоров по току составляет (25...50) " от номинальной.

Показано, что принимаемые в расчетах .по известным методикам предположения, соответствующие либо синхронному запиранию всех параллельных тиристоров в группе, либо такому запиранию, когдм последний из проводящих ток тиристоров группы полностью определяет обратный ток всей группы, приводят к заниженным значениям амплитуда коммутационных перенапряжений и средней мощности потерь в тиристорах при их выключении по сравнении с реальными режимами неодновременного запиркния тиристоров (рис.3). Причем это занижение тем больше, чем больше число параллельных тиристоров.в группе и меньше число тиристоров, запирающихся синхронно последним в группе. .

Определено, что наибольшие значения коммутационных перенапряжений и дополнительных мощностей потерь в тиристорах при выключении имеют место прь условиях, если начало спада обратного тока тиристора, запирающегося первым, совпадает с моментом перехода через ноль тока тиристора, запирающегося последит (рисЛЗ). Этот режим и следует рассматривать з качестве расчетного для процесса восстановления напряжения на выключающимся плече (группе) вновь разрабатываемых преобразователей, например при выборе параметров защитных КС-цепей. . - ..

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе получены следующие основные результаты:

I. На основании натурных исследований расширена а систематизирована информация об особенностях развития переходных процессов в параллельных тиристорах (распространения включенного состояния, выключения и восстановления обратного нзпрдгевяя), и в -результат«; показано существенное гх влияние па распределение нагрузок- между параллельными вентильными ветвями.

2. Разработаны способа, которые позволяют

- оценивать неравномерность загрузки параллельных тиристоров, обусловленную различием параметров процесса РВС в них;

- косвенным образом с помощью электрических сигналов, 'измеряемых на выводах тиристоров, определять их критические плотности тока;

- с помощью входного контроля тиристоров по параметрам, характеризующим процесс РВС,' снижать влияние этого процесса. на "веравкомерность распределения нагрузки мавду параллельными тиристорами. ' .

•3. С помощью разработанной математической модели группы па-раллепьных тиристоров на интервале проводимости, учитывающей процесс PBG в них, проведены имитационные исследования влияния различных факторов на неравномерность распределения нагрузки между паралпельными тиристорами, определены сочетания параметров ТВЧ и тарпотсров, когда это влияние наибольшее, и, еледовательна, - которые необходимо исключать при проектировании и компоновке ПУ.

4. Разработана функциональная математическая модель одиночного тиристора при выключении, позволяющая определять с достаточной для .инженерных расчетов точностью максимальную скорость и амплитуду восстанавливающегося на тиристоре напряжения. Параметры модели определяются через каталожные характеристики тиристоров яри заданном режиме работа. Построенный на ее основе программный модуль для- выбора параметров защитных RC-цепей тиристоров апробирован и внедрен в НШ АО "Электросила". . '

5. На основании разработанной медели преобразователя на интервале выключения группы параллельных тиристоров проведены имитационные исследования влияния -неодновременного ваклвчения тиристоров на амплитуду ком/утационных 'перенапряжений, .максимальную скорость нарастания обратного напряжения на тиристорах к мощности потерь 'В них при выключении, позволяющие дополнить требования к

■ параметрам ТБЧ и оо'основ'акко учитывать при определении нагрузоч-способности преобразователя потери в тиристорах на интервалах их выключения.■ .

• 8. Результаты натурных л'имитационных исследований были использованы .при разработке човнх серий шогоамперныт. тиристорных преоОрэ&ОЕЗтелей без. делитеЛ5й тока б НШ АО "Электросила", АО ."Электротякмаз". и ЙЮ "Электротехника".-

Основное содержание диссертации изложено в работах:

1. Коровин Ю.В.'Параллельная работа тиристоров с учетом их переходных Еольт-амперных характеристик// Автоматизация энергосистем и энергоустановок промышленных- предприятий.- Челябинск.-

1986.- С.56-58. - -

2. Коровин Ю.В. Влияние переходных вольт-амперных-характеристик тиристоров на их параллельную работу// Автоматизация, энергосистем и энергоустановок промышленных предприятий.- Челябинск.-

1987,- С.31-34.

3. Коровин Ю.В. Математическая модель группы параллельно включенных тиристоров с учетом процесса распространения// Автоматизация энергосистем и энергоустановок промышленных предприятий.-Челябинск: ЧПИ, 1989 - С.59-62.

4. Тольдштейн М.Е., Коровин Ю.В., Пястолов В.В. Формирование модели тиристоров для анализа их нагрузок в группах многоамперных преобразователей// Силовая полупроводниковая техника и ее применение в народном хозяйстве.- Тезисы докладов VIII Всесоюзной научно-технич. конф. по- силовой полупроводниковой технике.-"Челябинск, 1989.- С.122-123.

,5. A.C. I6I7558 (СССР). Способ комплектования тиристорами группы параллельных. вентильных ветвей / Гольдштейн М.Е., Коровин Ю.В. // Открытия. Изобретения. - 1990. - J6 48.

6. Коровин Ю.В., Исследование распределения нагрузок мегщу параллельными тиристорами на этапе распространения их включенного состояния'// Автоматизация энергосистем и энергоустановок промышленных предприятий.-Челябинск: ЧГТУ, 1991- С.83-85.

■ 7. Гольдштейн М.Е., Коровин Ю.В. Особенности применения тиристоров на токи 1250-2000 А при комплектовании групп сильноточных преобразователей// В кн. Проблемы преобразовательной техники. Ч.5.- Тез.докл.V Всесоюзной НТК.- Киев, 1991.- С.184-185.

. 8. Коровин Ю.В. О выборе защитных НС-цепей полупроводниковых вентилей// Автоматизация энергосистем и энергоустановок пром. предпр.: Сборник научных трудов.- Челябинск: ЧГТУ, 1992- С.52-55.

9. Патент I83I756 (СССР). Способ подбора силовых тиристоров для параллельного включения/ Гольдштейн М.Е., Коровин Ю.В.// Открытия. -Изобретения. - 1993. - А 28.

• 10. A.C. 1829635 (СССР-). Способ измерения критической плотности тока тиристора/ Гольдштейн М.Е., Коровин D¿B.

IT

11. А.С. 1829634 (СССР). Способ определения критической плотности тока тиристора/ Гольдштейн М.Е., Коровин Ю.В.

12. Гольдитейн* М.Е., Коровин Ю.В. Математическая модель группы для имитационных. исследований коммутационных перенапряжений при выключении параллельных тиристоров// V Всероссийская кэучн.-техн.конф. "Пути улучшения энергетических и массо-габаритных 'показателей полупроводниковых, преобразователей электрической энергии": Тез. докл.- Челябинск: ЧГТУ, 1Э93.- С. 45-47.

13. '.Математическая модель тиристора на этапе его выключения / Гольдштейн-М.Е., Коровин Ю.В.'; ЧГТУ. - Челябинск, 1996. - 10 с. Деп. В ВИНИТИ 06.06.96 И 1868-В96.

Личный вклад автора. В работе 4 показано, что при определении допустимой нагрузки параллельных тиристоров следует учитывать влияние процесса РВС с помощью соответствующей модели;-в работах 5 и 9 разработаны способы снижения влияния процесса РВС на загрузку параллельных тиристоров; в работе. 7 обобщены результаты экспериментальных исследований развития процесса РВС в параллельных тиристорах; в работах 10 и II разработаны режимы косвенного измерения критических плотностей тока в тиристорах; в работе 12 разработаны требования к схеме замещения и структуре математической модели группы параллельных тиристоров при выключении; в работе 13 разработана функциональная'комбинированная модель одиночного тиристора, при выключении. ..."