Основным условием многолетней безаварийной работы ТТ является правильный выбор силовых тиристоров. При этом должны быть учтены тепловые нагрузки тиристоров в номинальном и макси­мальном режимах работы, технологические и аварийные перегрузки, циклические нагрузки, скорости нарастания напряжения и тока, особен­ности управления тиристорами. Во всех режимах работы тиристорного фазорегулятора, кроме аварийного, температура структуры тиристора не должна превышать максимального значения Ттлх = 125 °С. Величішу Г определяют по формуле Т — PRT + Т0, где Р - мощность потерь в ти­ристоре, Вт; RT — тепловое сопротивление, °С/Вт; Т0 — температура окружающей среды, °С.

Величина RT зависит от конструкции тиристора и охладителя (ра­диатора), от способа и интенсивности охлаждения и от времени, про­шедшего с момента начала нагрева структуры. Тепловое сопротивление уменьшается при увеличении скорости обдува охладителя или увели­чении расхода воды в тиристорах с водяным охлаждением; минимальное в начале нагрева, тепловое сопротивление становится максимальным (установившимся) RT - RycT, когда температура охладителя устано­вится на определенном уровне нагрева. Графики зависимости величины RT от условий охлаждения и времени нагрева приводятся для типовых конструкций охладителей в справочной литературе и каталогах ти­ристоров.

Мощность потерь в одном тиристоре фазорегулятора можно опре­делить из соотношения

P = 0,5(UoIcp+RnlZ),

где U0, Rд — пороговое напряжение и динамическое сопротивление тиристора, значения которых приведены в каталоге; /д — заданный действующий ток фазорегулятора; /ср — суммарный средний ток.

Для расчета нагрева тиристоров трансформатора, работающего с ПВ = 100%, пользуются установившимся значением теплового сопро­тивления.

При циклической нагрузке определяют максимальную и минималь­ную температуру структуры:

Г'=РД;.Ц + Г0; Т" =PR'lK + T0,

где і? ї.ц, R'T[ц - тепловые сопротивления в момент окончания импульса нагрузкм и в момент окончания паузы.

Для ТТ с принудительным воздушным охлаждением тиристоров при скорости охлаждающего воздуха не менее 6 м/с, работающих с ПВ =

= 60% при 10-минутном цикле, можно считать = Ryct и R'T’a = О, т. е. за 6 мин нагрузки тиристор нагревается до установившейся тем­пературы, а за 4 мин паузы остывает до температуры окружающего воздуха.

Для ТТ с естественным воздушным охлаждением тепловое сопротив­ление в режиме циклической нагрузки можно определить по формулам:

Т. Ц = kRyCT "*■ (1 — *)Лц + и ~ Дц "*■ К >

R Т. Ц = kRyCT О — *)ЯЦ — RK,

где к = ПВ%/100; /?ц — величина /?т, соответствующая длительности цикла сварки гц; /?и — величина Лт, соответствующая длительности импульса нагрузки ги; Лц+И — величина RT, соответствующая суммар­ному времени импульса нагрузки и цикла гц+и. Так, для ПВ = 60% будет к = 0,6; tц = 600 с (при обычно принятом 10-минутном цикле); tu = 360 с; гц + и = 960 с.

Изменение температуры при циклической нагрузке АТ = Т' — Т" = = P(Rf ц — Лт’ц ) определяет допустимое число циклов и, следова­тельно, срок службы тиристора.

В процессе сварки тиристоры испытывают кратковременные тех­нологические перегрузки. Например, короткое замыкание сварочной цепи в момент возбуждения дуги увеличивает ток фазорегулятора в 1,3-2 раза по сравнению с номинальным. Температура тиристора в момент окончания технологической перегрузки

^т. п = Т0 +P(Ryct — RTn) + -^к. з^т. п»

где Р — мощность потерь в режиме, предшествовавшем перегрузке; Дк э — мощность потерь в режиме короткого замыкания нагрузки; RT n — тепловое сопротивление, соответствующее длительности техно­логической перегрузки.

Наибольшему нагреву структура тиристоров подвергается в ава­рийном режиме. Для ТТ с фазорегулятором в цепи первичной обмотки силового трансформатора аварийный режим наступает при потере управ­ления одним из тиристоров. При этом происходит насыщение магнито - провода трансформатора постоянным током тиристора, сохранившего управление, и резкое нарастание этого тока. На рис. 3.12 приведена осциллограмма тока тиристора в аварийном режиме для трансформа­тора ТДФЖ-2002 — от момента отключения цепи управления вторым тиристором фазорегулятора до срабатывания электромагнитного рас­цепления защитного автоматического выключателя. Уставка по току срабатывания автоматического выключателя равна 4000 А.

Аварийный режим может возникнуть и во время переходных процессов в трансформаторе, например при возбуждении дуги, если длительность импульсов управления тиристорами недостаточна: при длительности интервала проводимости одного тиристора в > я - второй тиристор не может включиться до окончания полу­волны тока первого (полуволновой эффект).. Расчет температуры тиристора в ал»-

рийном режиме требует наличия осциллограмм аварийного тока й может быть выполнен по следующей методике:

последовательно с одним из тиристоров включают шуит, сигнал с которого подают иа шлейф осциллографа;

включают трансформатор иа заданный режим работы;

спустя 0,1-0,5 с после начала записи тока тиристора снимают сигнал управле­ния со второго тиристора. Запись продолжают до момента срабатывания автомати­ческого выключателя в первичной цепи ТТ;

по осциллограмме определяют амплитуду 1т и длительность в импульсов аварийного тока;

пользуясь известными формулами, находят среднее и действующее значения тока каждого импульса:

где Т =20 мс - период следования импульсов.

Затем определяют среднюю н максимальную мощность каждого импупьса:

Рсрі ~^»^ср і +*д/д/; Лпах| — и»Іщі + ^я^ті ■

Для расчета максимальной температуры структуры тиристора реальный им­пульс тока заменяют прямоугольным импульсом (рис. 3.12). Этот эквивалентный импульс иь. еет такое же значение максимальной и средней мощности, как и реаль­ный импульс, и длительность в у, равную 7'/>Cp(-//)max,-, чтобы сохранить прежнее соотношение между максимальной и средней мощностью. Такой способ пересчета в прямоугольные импульсы, как известно, соответствует худшему случаю при­ближения, так как прямоугольный импульс, вызывает большее повышение темпе­ратуры, чем импульс любой другой формы с такими же максимальным и средним значениями мощности. Таким образом, в расчет вносят определенный запас.

Дальнейший расчет производят, пользуясь методом наложения, при котором прекращение действия импульса с определенной мощностью представляется в виде появления импульса с таким же значением мощности, но со знаком мниус [31]. Так, если действие прямоугольного импульса с мощностью Р начинается в момент времени?0, а заканчивается в момент времени f,, то температура структуры тиристора в момент t2 будет равна

Тг ~ PR (0,2) ~ PR (1,2) •

Здесь R 2) н R (і 2) - тепловые сопротивления, соответствующие интервалам времени (f, - f0) и (12 — 1,).

Аварии предшествовал режим сварки на номинальном токе при мощности потерь Р„ и установившейся температуре структуры тиристора Д Г0 = Р0Луст. Превышение температуры в моменты времени f, и 12:

д = ро (Rycr ~ R (o, l)) + ЛR (0,1) >

&Тг = Р0 (Дуст - R (о,2) ) + (-R (о,2) - R (1,2) ^'

В этих выражениях Р, - максимальная мощность первого импульса аварий­ного тока, а интервал времени в миллисекундах (f, - f0) = Є, = 20Pj Cp/Pl max-

Если температура структуры перед началом последнего импульса перегрузки Т2 = Т„ + АТг не превышает 125 °С, то, пользуясь данными каталога, приведен­ными для этой температуры, убеждаемся, что амплитуда последнего импульса перегрузки не превышает допустимого значения ударного тока тиристора.

Наряду с нагревом структуры тиристора надежность работы фазо­регулятора зависит от скорости нарастания прямого напряжения тирис­тора dufdt и прямого тока dijdt. Наибольшее значение dufdt на тирис­торе возникает в момент восстановления анодного напряжения после прохождения очередной полуволны тока во втором тиристоре. Ско­рость восстановления анодного напряжения при коротком замыкании цепи нагрузки и <р — д/2 достигает 20—40 В/мкс и может вызвать само­произвольное включение тиристора. Включение одного из тиристоров сразу после окончания проводимости второго эквивалентно замене тиристора неуправляемым диодом. В первичной цепи сварочного транс­форматора появляется постоянная составляющая тока, нарастание тока сопровождается сильной вибрацией и повышенным ’’гудением” трансформатора.

Величина dufdt может быть снижена включением конденсатора параллельно первичной. обмотке силового трансформатора. При вклю­ченном тиристоре конденсатор заряжен до сетевого напряжения, а с мо­мента выключения тиристора разряжается на первичную обмотку транс­форматора со скоростью, определяющей величину, dufdt на втором тиристоре регулятора. В ТТ с прерывистым регулированием тока dufdt определяется емкостью конденсатора в цепи импульсной стабилизации и сопротивлением цепи его разряда. Так, в трансформаторе ТДФЖ-1002 при емкости конденсатора в цепи импульсной стабилизации С= ЮмкФ величина dufdt снижается до 3 В/мкс.

Необходимость учета difdt объясняется тем, что процесс отпирания тиристора развивается сначала лишь в окрестности управляющего элек­трода. При больших значениях dijdt в этой зоне происходит местный перегрев и пробой структуры. Допустимые значения dildt приведены в информационных материалах на тиристоры; например, для табле­точного тиристора Т2-320 (dijdt')max = 40 А/мкс. В ТТ величина dijdt наиболее велика в режиме короткого замыкания сварочной цепи при угле включения = я/2:

(dildt)max = /~2ojIk_3 = 4,44/к.3 • 1(Г4 А/мкс,

где /к. з — действующее значение тока фазорегулятора в режиме корот­кого замыкания.

В аварийном режиме амплитуды импульсов тока тиристора и соот­ветственно dildt в 5-10 раз выше, чем в номинальном режиме. В ТТ с цепью импульсной стабилизации величина dijdt определяется кру­тизной фронта стабилизирующего импульса, которая приблизительно на порядок выше крутизны фронта рабочего тока трансформатора. В ТДФЖ-1002 составляющая dijdt от стабилизирующего импульса равна 4,1 А/мкс, в то время как нарастание полуволны первичного тока транс­форматора дает значение dijdt = 0,27 А/мкс.