Статические параметры тиристора

Простейшая схема тиристорного ключа в цепи постоянного тока приведена на рисунке 8.11. Через нагрузку R_н и тиристор, которые соединены последовательно, протекает один и тот же ток I :

. (8.19)

Выражение (8.19) представляет собой ВАХ нагрузочного резистора R_н и графически изображается прямой линией (рисунок 8.12). ВАХ нагрузки называется линией нагрузки. Ток I графически определяется в точке пересечения линии нагрузки и выходной ВАХ тиристора.

-Е

Рисунок 8.12 - Положение рабочей точки на выходной ВАХ тиристора

Закрытому статическому состоянию тиристора соответствует точка А. Ток, протекающий в этом состоянии, мал, напряжение источника питания практически полностью прикладывается к тиристору (Е » U) и может достигать сотен и тысяч вольт. Точка А – точка устойчивого равновесия системы нагрузка – тиристор. В самом деле, легко видеть, что при увеличении тока I по какой либо причине падение напряжения на тиристоре U также возрастает, и ток I в соответствии с выражением (8.19) вернется к своему значению (в точку А).

Открытому статическому состоянию тиристора соответствует точка В. В этом состоянии напряжение на тиристоре мало (около 1 В), а ток может достигать значений в сотни и тысячи ампер. Нетрудно показать, что точка В также является точкой устойчивого равновесия.

Существует еще одна точка пересечения линии нагрузки и ВАХ тиристора – точка С (в области отрицательного сопротивления). Однако точка С, как и любая другая точка пересечения с линией нагрузки в этой области, является временно устойчивой. Любое отклонение от равновесия в точке С приводит к тому, что тиристор либо переходит в закрытое состояние (в точку А), либо в открытое (в точку В). Например, пусть ток I в точке С увеличиться, тогда напряжение на тиристоре U уменьшится и по выражению (8.19) ток I еще больше увеличиться, так происходит до тех пор, пока рабочая точка не окажется в точке В. Аналогично происходит переход в точку А при уменьшении тока I.

Закрытому статическому состоянию тиристора в обратном направлении соответствует точка D, когда к тиристору прикладывается обратное напряжение (см. рисунок 8.12).

Статические состояния тиристора описывают статическими параметрами, которые задают по выходной ВАХ тиристора. Открытое состояние тиристора (точка В) характеризует следующие параметры [24]:

· максимально допустимый средний ток I_о,с – среднее за период значение тока, длительно протекающего через тиристор в открытом состоянии (значение параметра приводится в обозначении тиристора);

· пороговое напряжение U_пор – значение прямого напряжения, определяемое точкой пересечения прямой, аппроксимирующей ВАХ тиристора в открытом состоянии, с осью напряжения (рисунок 8.13). Обычно аппроксимирующую прямую проводят через две точки ВАХ: 0,5I_o,c и 1,5I_o,c ;

· динамическое сопротивление r_дин – значение сопротивления, определяемое по наклону прямой, аппроксимирующей ВАХ тиристора в открытом состоянии.

Рисунок 8.14 - К определению терминов «повторяющееся напряжение», «неповторяющееся напряжение» и «импульсное рабочее напряжение»

Закрытое состояние описывают следующие основные параметры:

· максимально допустимое повторяющееся импульсное напряжение U_п – наибольшее мгновенное значение напряжения, прикладываемого к тиристору в закрытом состоянии, включая все повторяющиеся перенапряжения, но исключая все неповторяющиеся;

· максимально допустимое неповторяющееся импульсное напряжение U_нп – наибольшее мгновенное значение любого неповторяющегося перенапряжения, прикладываемого к тиристору в закрытом состоянии;

· максимально допустимое импульсное рабочее U_p – наибольшее мгновенное значение импульсного напряжения, прикладываемое к тиристору, исключая все повторяющееся и неповторяющееся переходные напряжения;

· постоянное напряжение в закрытом состоянии U_з,с – значение постоянного напряжения прикладываемого к тиристору.

Аналогичные параметры вводятся для тиристора в обратном закрытом состоянии.

Смысл терминов «повторяющееся напряжение» и «неповторяющееся напряжение» поясняет рисунок 8.14. Импульсы неповторяющегося напряжения прикладываются к тиристору с частотой, меньшей частоты питающей сети. Эти импульсы могут следовать хаотично во времени, не подчиняясь какой-либо определенной закономерности, но наименьший интервал времени между двумя соседними импульсами должен быть достаточно велик (около секунды или больше) с тем, чтобы влияние предыдущего импульса на состояние тиристора полностью исчезло к моменту приложения следующего импульса. Импульсы повторяющегося напряжения прикладываются к тиристору с частотой питающей сети. Повторяющиеся перенапряжения обусловлены в основном процессами коммутации в тиристорном преобразователе; неповторяющиеся перенапряжения вызываются внешней по отношению к преобразователю причиной – перенапряжениями в питающей сети, грозовыми перенапряжениями и т.д.

Для тиристоров, как и для диодов, вводят параметр обратное напряжение пробоя U_проб – значение обратного напряжения, при котором обратный ток превышает заданное значение. Для лавинных тиристоров этот параметр является обязательным.

В прямом закрытом состоянии для тиристоров вводят прямое напряжение пробоя U_{пр.проб} – значение напряжения в закрытом состоянии, соответствующее заданному значению тока на этом участке. Обычно лавинный пробой центрального перехода у тиристоров начинается раньше, чем достигается точка переключения, т.е. U_{пр.проб} < U_вкл . Перечисленные параметры по напряжению связаны такими неравенствами:

прямое закрытое состояние U_р < U_п < U_нп <U_{пр.проб} < U_вкл ;

обратное закрытое состояние U_обр,р < U_обр,п < U _обр,нп <U_проб .

Значение параметров закрытого состояния определяют при максимально допустимой температуре структуры тиристора.