Модель тиристора
В среде OrCAD в библиотеке thyristor.lib, в которой приводится перечень тиристоров фирмы Motorola, в файле SCR дана модель тиристора, обращение к которой представляется следующим образом:
.subckt SCR anode gate cathode PARAMS
Vdrm> Vrrm, Idrm» Ih, dvdt, IGT, VGT, VTM, ITM, T0N, T0FF.
Смысл входных параметров модели приведен в табл. 2.6.
Однако в файле SCR представлена и схема модели тиристора (на языке PSpice), в которую входит значительное количество элементов, обладающих своими параметрами, связь которых с паспортными данными моделируемого тиристора не приводится. В связи с этим требуется тестирование полученной модели.
Ниже на примере тиристора ТБ-143-630-14 [20] проведено тестирование PSpice модели по его паспортным данным. В табл. 2.6 приведена следующая информация. Столбец 1 — порядковый номер параметра, столбец 2 — наименование параметра, столбец 3 — обозначение параметра, столбец 4 — паспортное значение параметра, столбец 5 — условия, при которых изготовитель производил экспериментальное измерение данного параметра, столбец 6 — величина параметра, полученная на PSpice модели. Кроме этого в столбце 3 значком «*» обозначены параметры, являющиеся входными для PSpice модели. Условия тестирования (столбец 5, табл. 2.6) воспроизводились с помощью PSpice программы на схемах, приведенных на рис. 2.21, а, б.
На рис. 2.21, а дана тестовая схема для проверки следующих параметров: 7Н, 4jt> 4>rm> ^rrm’ dujdt. В этом случае схема запитана от источника трапецеидальных импульсов напряжения. Для проверки /н, /GT, /т подается напряжение 12 В, /DRM и /RRM — 1400 В. При проверке dujdt подается напряжение (/D = 0,67 • 1400 = 938 В и изменяется крутизна фронтов TR и TF (см. параметры источника VPULSE на рис. 2.21, а).
На рис. 2.21, б приведена тестовая схема для проверки следующих параметров: C7drm, ?7rrm, Цэбм’ ^rsm’ Ц-м- этом случае схема запитана от синусоидального источника напряжения частотой 50 Гц, амплитудой 1400 В.
Таким образом, полученная модель соответствует паспортным параметрам, которые определяются заводом-изготовителем. Вопрос о достоверности
Таблица 2.6. Параметры PSpice-модели тиристора ТБ-143-630-14 и ее тестирование
|
№ |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
1 |
Неповторяюшееся импульсное напряжение в открытом состоянии, В |
^DSM |
1500 |
PW VSIN = 10 ms |
1493 |
|
2 |
Неповторяюшееся импульсное обратное напряжение, В |
^RSM |
1500 |
PW VSIN = 10 ms |
1493 |
|
3 |
Повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии, В |
f^DRM* |
1400 |
PW VSIN = 10 ms |
1400 |
|
4 |
Повторяющееся импульсное обратное напряжение, В |
t^RRM* |
1400 |
PW VSIN = 10 ms |
1400 |
|
5 |
Средний ток в открытом состоянии, А, нс более |
A’AV |
630 |
PW ISIN = 10 ms |
— |
|
6 |
Ударный ток в открытом состоянии, кА, не более |
A'SM |
10,5 |
PW ISIN = 10 ms |
— |
|
7 |
Критическая скорость нарастания тока в открытом состоянии, А/мкс, не более |
di/dt |
1000 |
Un = 0,67Udrm |
— |
|
8 |
Импульсное напряжение в открытом состоянии, В, не более |
^TM* |
2 |
/tm = 1980 A* |
2,12 |
|
9 |
Пороговое напряжение в открытом состоянии, В, не более |
1 |
0,75 |
||
|
10 |
Повторяющийся импульсный обратный ток, мА, не более |
/rrm |
70 |
Ur = ^rrm |
15 |
|
11 |
Повторяющийся импульсный ток в закрытом состоянии, мА |
/drm* |
70 |
Un = ^DRM |
15 |
|
12 |
Отпирающий постоянный ток управления, мА, не более |
4;t* |
320 |
UD= 12 В |
320 |
|
13 |
Отпирающее постоянное напряжение управления, В, не более |
f/GT* |
2,5 |
i/D= 12 В |
2,5 |
|
14 |
Неотпираюшее постоянное напряжение управления, В, не более |
^GD |
0,25 |
Un = 0,67 (/drm |
0,27 |
|
15 |
Время включения, мкс |
nr * 1 on |
3,2 |
t/o = 0,67 t/pRM |
Исх. |
|
16 |
Время выключения, мкс |
T’ofT* |
32 |
Un = 0,67 t/[)RM |
Исх. |
|
17 |
Критическая скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии, В/мкс, не менее |
du^)/ dt* |
1000 |
Un = 0,67 6/drm |
1000 |
|
18 |
Ток удержания, мА, не более |
/н* |
500 |
UD = 12 В |
420 |
R1 1
R2 1
V1=0
V2=1400 TD=O TR=300n
TF=300n PW=20mk PER=40mk
V1=0
V2=2.5
TD=40mk
TR=300n
TF=300n
PW=20mk PER=160mk
V1=0 V2=2.5
Д-У3 VOFF=0
VAMPL=1980
J FREQ=50
TD=O
TR=300n
TF=300n
PW=20mk
PER=160mk
V4
Рис. 2.21. Схемы для тестирования паспортных параметров тиристора: а — с трапецеидальным источником напряжения; б — с синусоидальным источником напряжения
модели в режимах, отличных от паспортных, точно так же как и для самого тиристора ТБ 143-630-14 является открытым и требует дополнительного тестирования, для чего необходимо рассмотрение его характеристик в реально работающей схеме.
Рассматриваемая модель тиристора адекватно описывает паспортные параметры, за исключением параметров, определяющихся тепловыми потерями. Она тестировалась также при анализе электромагнитных процессов в схемах автономных инверторов для индукционного нагрева металла и показала хорошее соответствие экспериментальным данным.
Таким образом, предлагается следующая методика построения моделей силовых тиристоров:
- 1) в файл SCR библиотеки thyristr.lib вводятся И паспортных параметров тиристора, перечисленных выше;
- 2) разрабатываются схемы, позволяющие произвести тестирование модели на соответствие паспортным параметрам;
- 3) в случае если разработанная модель соответствует паспортным параметрам, она считается адекватной тиристору;
- 4) достоверность работы модели на режимах, отличных от паспортных, требует дополнительных исследований (точно также как сам тиристор, при его эксплуатации в режимах, отличных от паспортных, нуждается в соответствующих экспериментальных проверках).
