Діоди та тиристори випрямних установок
Завантажити конспект в форматі “docx” ви можете в кінці опису
Діод є елементом силових випрямних установок, робота якого визначається властивостями р-п переходу. При прикладанні прямої полярності діод відкривається, і через нього протікає прямий струм. При величині прямого струму більше допустимого діод перегрівається, і електроди відведення струму обриваються, виникає обрив діоду. Якщо до діода прикласти напругу зворотної полярності, його електричний опір значно збільшується, такий стан діода називають закритим.
В закритому стані через діод проходить зворотний струм, який значно менший від прямого, і практично ним можна знехтувати. Значення зворотного струму характеризує можливість роботи діода з перевантаженнями по напрузі в якості випрямного елемента силових випрямних пристроїв. У випадку, коли прикладена зворотна напруга є більшою від номінального значення, відбувається пробивання р-п переходу, і зворотний струм стрімко наростає. Це призводить до перегрівання діода і руйнування р-п переходу. Це явище називається тепловим пробоєм діода.
Коли значення величини зворотної напруги близько до максимального, пристрої захисту випрямних установок електровозів реагують на таке зростання і відключають електровоз від контактної мережі. На електрорухомому складі використовують діоди, в яких тепловий пробій наступає значно пізніше лавинного, такі діоди називають лавинними діодами. Вони мають круту зворотну частину вольт-амперної характеристики. Це досягається спеціальними технологіями при виготовленні діода. Основні параметри, за якими вибирається діод, — це допустиме значення прямого струму через діод та допустиме значення зворотної напруги, що прикладається до діода у зворотному напрямку.
Прийняті умовні позначки діодів і тиристорів містять досить повну інформацію про його основні параметри й конструктивне виконання. Так, наприклад, маркування діоду ВЛ-200-8-0,68 означає, що — це вентиль (діод) лавинний, величина максимального прямого струму становить 200 А, значення зворотної напруги лавинного пробою (клас діода 8 помножений на 100) — 800 В і середнім значенням прямого спадання напруги при струмі 200 А — 0,68 В. Діоди марки ВЛ-200 використовуються у випрямних установках електровозів ВЛ60, ВЛ80 та електропоїздів ЭР9П, ЭР9М (рис. 6.1, а).
Також вас може зацікавити:
Випрямний елемент (2) з контактними шайбами припаюють до масивної мідної основи (1). Основа є струмоведучим елементом діода і служить для відведення тепла, що виділяється в елементі при проходженні електричного струму. Мідна основа в нижній частині має хвостовик з різьбою для кріплення діода в охолоджувачі. Зверху в основу завальцований сталевий циліндричний корпус, що захищає випрямний елемент від попадання вологи та пилу.
До верхнього електрода елемента припаяна гнучка вставка (4) з мідного кабелю, що виходить назовні крізь ізоляційну втулку (3) зі свинцевого скла, укріплену у верхній частині сталевого корпуса. Зовнішній кінець гнучкого виводу є одним з електродів діоду, як правило, анод має контактний наконечник (5) для монтажу діода. Напрямок струму у діоді (від верхнього гнучкого виводу до основи, або навпаки — від основи до виводу) указують значком на корпусі діода.
Діоди для ефективного охолодження комплектуються охолоджувачами, виготовленими з алюмінію або алюмінієвих сплавів (рис. 6.1, б). Алюмінієві охолоджувачі виготовляють методом протягання через фільтри (профільований алюміній), силумінові — методом лиття під тиском. Охолоджувачі мають масивну основу (3) з отворами для зборки комплекту діодів і перпендикулярно розташовані ребра для збільшення поверхні охолодження.
Рис. 6.1 Діод ВЛ-200 – а) з охолоджувачем ОА-007 – б): 1 – мідна основа діода з різьбою; 2 – випрямний елемент; 3 – скляний ізолятор; 4 – гнучкий провід; 5 – контактний наконечник; 6 – контактна пластина; 7 – алюмінієвий охолоджувач
Щоб електричний і тепловий опори були найменшими, необхідно забезпечити щільний контакт поверхонь основи діода й охолоджувача. Для відводу струму від діода, а також для запобігання корозії контактної поверхні охолоджувача застосовують мідні пластини (2). Для діодів ВЛ-200 номінальний момент загвинчування в охолоджувач не повинен перевищувати 50 Нм. Контактні поверхні охолоджувачів при монтажі діодів покривають тонким шаром змащення ЦИАТИМ-221.
Щільність прилягання перевіряють щупом не більше 0,03 мм. У випрямних установках електровозів ВЛ40 та електропоїздів ЭР9Е, ЭР9Т, ЭД9 застосовують діоди таблеткової конструкції (рис. 6.2). Випрямний елемент у них вмонтований у герметичний металокерамічний корпус (2), що охороняє його від впливу навколишнього середовища. В якості електродів відведення струму випрямного елемента використовують нікельовані вольфрамові пластини (1) товщиною 1,5 мм, які припаюють до кремнієвої пластинки (3). Діод герметизують холодним зварюванням верхньої манжети (4) з нижньою манжетою (5) керамічного корпуса (2).
Контактне з’єднання внутрішніх елементів діода здійснюється за допомогою зовнішнього механічного притиску із зусиллям 800-1200Н. Таблеткові діоди ВЛ-7-320 використовують у випрямних установках УВП-5 електропоїздів ЭР9Е, ЭР9Т. Ці діоди призначені для перетворення змінного струму промислової частоти в умовах температури навколишнього повітря від 50 до 140 °С, ударних струсів із прискоренням до 120 м/с2 і тривалих вібрацій у діапазоні частот від 5 до 10 Гц із прискоренням 50 м/с2. Таблеткові діоди марки ДЛ-153-1250, ДЛ-153-1600, ДЛ-153-2000, ДЛ-253-1600, 24…32 класів використовуються в випрямних установках електровозів ВЛ40У та модернізованих ВЛ80С.
Використання таких діодів дає можливість зменшити габарити плечей випрямної установки, а також зменшити витрати повітря на їх охолодження. Зменшення кількості вентиляторів системи охолодження приводить до економії електричної енергії локомотивом. Тиристор — напівпровідниковий елемент з трьома р-п переходами та трьома виводами, один з яких, крім анода та катода, називають виводом керування. Використовують тиристори в випрямних
Рис. 6.2 Таблетковий діод ВЛ-7-320: 1 – вольфрамова пластина; 2 – керамічний корпус; 3 -кременева пластина; 4 – верхня манжета; 5 – нижня манжета
установках силових кіл електровозів 2ЕЛ5, 2Э5К, в випрямних установках збудження тягових двигунів електровозів ВЛ80, 2ЕЛ4, ВЛ10, ВЛ11, ЧС4Т електропоїздів ЭР2Т, ЭР9Т, ЭД9М при роботі електровозів в режимах реостатного, або рекуперативного гальмування, в електричних колах допоміжних машин.
Основними параметрами, за якими вибирають тиристори, є: Іпр — номінальний прямий струм, що визначається допустимим нагріванням тиристора; изв.доп — допустима зворотна напруга, яка не приводить до пробою тиристора; Твим — час відновлення властивостей тиристора, який визначається моментом подання імпульсу керування на тиристор після його вимкнення. Маркування тиристорів здійснюється за такою класифікацією:
1- а позиція — літера Т, що вказує на призначення;
2- а позиція — літера, яка вказує на вид тиристора (Б — швидкодіючий, С — симетричний, Ч — частотний, П — із зворотною провідністю);
3- я позиція — три цифри, які характеризують конструктивні особливості;
4- а позиція — число, яке відповідає середньому струму Іа в амперах;
5- а позиція — клас за напругою, на яку розрахований тиристор;
6- а позиція — цифри, які визначають номери груп за швидкістю наростання напруги та часом вимикання.
Рис. 6.3 Тиристор локомотиву з охолоджувачем типу ОА-007
Наприклад: ТБ133-250-8-52 — тиристор швидкодіючий, середній анодний струм 250 А, восьмий клас за напругою. П’ята група за наростанням напруги та друга група за часом вимикання. Тиристори локомотивів ТЛ та Т-160 використовують у випрямних установках збудження обмоток тягових електродвигунів. Що працюють в режимі реостатного гальма на електровозах ВЛ80Т та ВЛ80С. Вони мають корпус штирової конструкції в комплекті з охолоджувачем типу ОА-007 (рис. 6.3).
Рис. 6.4 Тиристори T-353 – а), перетин тиристору – б), тиристор з двостороннім охолоджувачем 0253- ISO-в): 1 – манжета (катод); 2 – мідна основа; 3 – пружина; 4 – відвід управління; 5 – вушко; 6 – наконечник відводу управління; 7, 9 -прокладки; 8 – випрямний елемент; 10 – ізоляційна котушка; 11 – стрижень зі сферичною головкою; 12 – металічна кришка (анод); 13 – кільце ізоляції
Корпус виконаний у вигляді масивної мідної шестигранної основи із циліндричним стрижнем. Що має різьбу, за допомогою якої він укручується в охолоджувач. Тиристори з високими параметрами мають корпус таблеткового виконання (рис. 6.4, а, б). Торцеві поверхні корпуса тиристорів у вигляді мідних дисків мають протилежні полярності. Які ізольовані одна від одної та від керуючого електрода (виводу) порожнім кільцевим керамічним або порцеляновим ізолятором.
Таблетка кріпиться до охолоджувача спеціальним притискним пристроєм при однобічному охолодженні. Або затискується між двома половинами охолоджувача за допомогою шпильок чи болтів (рис. 6.4, в). Зусилля притиснення таблетки до поверхні охолоджувача нормується технічними умовами. Для роботи тиристора необхідно прикласти напругу («+» до анода, а «-» до катода), але тиристор лишиться закритим (рис. 6.5, а). Якщо збільшити напругу живлення до величини напруги вмикання, то тиристор відкриється. Коли струм зменшується до нуля, тиристор знову переходить у закритий стан.
Для зменшення величини напруги вмикання використовують керуючий електрод, на який подають керуючий потенціал ІІкер (імпульс керування). Цей потенціал переводить тиристор у відкритий стан. Після того як тиристор перейшов у відкритий стан, коло керування не впливає на його роботу. Отже, тривалість імпульсу керування є невеликою (~10 мкс). Такий спосіб керування тиристором називається імпульсним.
Перехід тиристора з відкритого стану в закритий можливий тільки за умови відсутності струму випрямлення. Формування імпульсів керування визначається способом керування тиристора: амплітудним, фазовим чи фазово-імпульсним. В електровозах 2ЕЛ5, 2Э5К керування виконується фазово-імпульсним. Як генератор використовують мікропроцесорну систему управління та діагностики (МСУД). В електровозів ВЛ80Р використовувався амплітудно-фазовий метод регулювання (рис. 6.5, б).
Рис. 6.5 Схема регулювання тиристором а) імпульсним та б) амплітудним методами
Також вас може зацікавити:
Електрорухомий склад (електровози, електропоїзди) Електронний підручник (docx)
