РАЗДЕЛ 2
ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛОВЫХ КЛЮЧЕЙ ДЛЯ АВТОНОМНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ С ОДНОРОДНОЙ
КОММУТАЦИЕЙ
2.1. Цепи коммутационной защиты ключей при однородной коммутации
Применение режима ОК позволяет использовать однородные ЦКЗ, а также исключить
из них элементы рассеяния или сброса запасаемой реактивными элементами энергии
[31-33]. ЦКЗ в коммутаторе с ОК первого рода может состоять только из дросселя,
а в коммутаторе с ОК второго рода - только из конденсатора. Примером
использования таких ЦКЗ может служить схема АП БСП ЭПС постоянного тока (см.
рис.1.12), где в качестве индуктивных снабберов, ограничивающих коммутационные
потери в ОТ УВ, используется индуктивность рассеяния обмоток трансформатора.
Применение одного конденсатора без дополнительных элементов в емкостном
снаббере требует не допускать неоднородности коммутации во всех режимах работы,
поскольку это повлечет за собой разряд конденсатора на ПП током большой
величины. В некоторых схемах на тиристорах такой однократный разряд может быть
и неопасным, если при этом не будет превышено максимально допустимое значение
интеграла квадрата тока аварийной перегрузки по времени [36, 61].
В принципе, возможно построить такое управление АП БСП ЭПС, при котором даже
при пуске будет обеспечен однородный режим. Для этого необходимо контролировать
напряжения на ПК специальными датчиками, чтобы включение происходило только при
полном разряде защитных конденсаторов, а также величину выходного тока, которая
гарантирует необходимую скорость этого разряда. Если же такие решения не
обеспечивают надежной работы ПК, то необходимо применять элементы, которые
ограничат непериодический разряд защитных конденсаторов. Поскольку эти элементы
используются кратковре-менно, они имеют малую установленную мощность и
существенно не влияют на массу и габариты ПК АП БСП ЭПС, работающих в режиме
ОК. В качестве токоограничивающего элемента можно применять дроссель, как это
показано на рис.2.1. При такой схеме заряд защитного конденсатора происходит
через открытый диод , а разряд - через дроссель [32].
Рис.2.1. Схема ПК преобразователя с ОК с бездиссипативной
емкостной цепью коммутационной защиты
В некоторых схемах АП с ОК для БСП ЭПС можно применять в качестве
токоограничивающих элементов емкостной ЦКЗ низкоомные проволочные резисторы,
которые значительно дешевле и проще дросселей. Конечно, при таком решении
потери в этих цепях вырастут, но они составят только 5...10% от потерь в ЦКЗ с
рассеянием всей энергии в резисторах. Этот вариант ЦКЗ более детально будет
рассмотрен позже, а здесь на рис.2.2 приведена только схема ПК,
Рис.2.2. Схема ПК преобразователя с ОК с емкостной ЦКЗ и токоограничивающим
проволочным резистором
где проволочный резистор ЦКЗ представлен омическим сопротивлением и
индуктивностью .
При аварийной ситуации для предотвращения резкого нарастания тока короткого
замыкания в коммутаторах АП БСП ЭПС необходимо иметь линейные дроссели. Такое
решение приведено в работе [34]. Линейный дроссель входит в состав ПК и может
использоваться как для токоограничения разряда защитных конденсаторов, так и
для ограничения тока при разряде фильтровых конденсаторов ИП. Схема ПК с такой
ЦКЗ представлена на рис.2.3.
Рис.2.3. Схема ПК преобразователя с ОК с бездиссипативной емкостной
ЦКЗ и линейным токограничивающим дросселем
Линейный дроссель может быть использован для организации защиты при пробое ПК
(его ЗТ или диода), а также при ложном включении тиристора. Дроссель сдерживает
нарастание тока, а схема защиты АП БСП ЭПС обеспечивает выключение ЗТ
противоположного плеча силовой схемы и предотвращает сквозное короткое
замыкание в коммутаторе. Недостаток схемы - вдвое увеличенное падение
напряжения на диодах, которые шунтируют дроссель, что нежелательно при больших
токах. Можно ввести дополнительный диод VD4, как показано на рис.2.4 [34],
который будет шунтировать дроссель, а диоды будут работать кратковременно,
только на интервале заряда и разряда защитного конденсатора.
Рис.2.4. Схема ПК преобразователя с ОК с емкостной ЦКЗ и линейным
токоограничивающим дросселем с пониженным падением напряжения
2.2. Структуры тиристоров для автономных преобразователей с однородной
коммутацией бортовых систем питания
Как было сказано выше, ОК предоставляет ряд преимуществ силовым схемам АП,
прежде всего, в направлении упрощения ЦКЗ силовых ПК. Однако не менее важные
преимущества ОК предоставляет самим ПП [31-33, 55] и в том числе силовым
тиристорам, которые являются основой мощных высоковольтных ПК, необходимых при
разработке АП с ОК для БСП ЭПС.
Принятая многими зарубежными фирмами концепция “адаптированного” стандарта на
тиристоры позволяет удовлетворять специфические требования потребителей в части
улучшения тех или иных параметров тиристоров в сравнении с их значениями,
регламентируемыми общими стандартами [63]. Такой подход предусматривает
введение ряда изменений в тиристорной p-n-p-n-структуре, возможность применения
которых и вытекает в нашем случае из не использования в коммутаторе
принудительной коммутации противоположного назначения (принудительного
включения или выключения), что характерно для режима ОК. Основной целью этих
изменений является организация в тиристорах улучшенных режимов “быстрого”
включения при ОК первого рода или “быстрого” выключения при ОК второго рода.
Следует особо отметить, что реализация этих усовершенствований позволяет
существенно снизить коммутационные потери в тиристорных структурах при ОК, то
есть при реализации только принудительного включения или только принудительного
выклю