Состояния тиристора

Между свойствами равновесных и неравновесных систем есть существенное различие. В первом случае свойства имеют однозначные величины при определенных значениях термодинамических параметров, во втором случае они определяются не только термодинамическими параметрами, но также временем и интенсивностью энер-го- и массообмена системы с окружающей средой. В результате отклонения системы от состояния термохимического равновесия происходит изменение ее свойств, влияющее в свою очередь на параметры системы.

В работе [423] метод Нестеренко и Тверковкина был использован для поступенчатого расчета параметров потока N2O4 в проточной части газовой турбины. Течение N2O4 в турбинной степени приближенно заменялось течением в канале с постоянным поперечным сечением при усредненном давлении. Вычисления показали, что отклонение от состояния термохимического равновесия при входных параметрах газа Р=130 атм, Г=823 °К становится существенным при расширении N2U4 до давлений порядка 40 атм и ниже.

Развитие теоретических исследований неравновесных газовых течений способствовало также появление быстродействующих вычислительных машин. Необходимость учета релаксационных явлений при расчете газовых течений обусловлена следующими причинами. В области высоких температур и давлений протекают различные химические реакции, процессы диссоциации, ионизации, возбуждения колебательных и электронных степеней свободы. Если времена этих процессов сравнимы с характерными временами макроскопических процессов, то происходит значительное отклонение от состояния термохимического равновесия, вызывающее в свою очередь существенное изменение картины течения. Нарушение локального термохимического равновесия при расширении диссоциированной смеси в ракетном сопле может привести к значительным потерям тяги. Недостаточно высокая скорость электронно-ионной рекомбинации в

МГД-генераторах обусловливает значительное возрастание проводимости газа. В АЭС с реагирующим теплоносителем отклонение от состояния термохимического равновесия может вызвать недопустимый перегрев активной зоны ядерного реактора. Важной областью, связанной с неравновесными процессами, является также исследование процессов расширения газа при обтекании тел, движущихся с высокими скоростями на больших высотах. Можно привести и другие примеры течений, для которых имеет существенное значение учет кинетики релаксационных процессов.

Логан [300] использовал аналогичный метод для исследования влияния рекомбинации атомов на параметры течения в гиперзвуковой аэродинамической трубе. Им было предсказано значительное отклонение от состояния термохимического равновесия в соплах гиперзвуковых аэродинамических труб, имеющих высокую скорость охлаждения.

Экспериментальная проверка теоретических результатов, установленных при анализе неравновесных течений, осуществлена рядом исследователей [41, 42, 377— 381]. Полученные ими данные подтвердили результаты численного исследования неравновесных потоков газовых смесей. Отклонение от состояния термохимического равновесия впервые было установлено в работе Вегенера [41], изучавшего расширение четырехокиси азота в сверхзвуковом сопле.

В области давления N2O4 P<80 атм формула (4.3) аппроксимирует расчетные величины коэффициента вязкости [406] с точностью в несколько процентов. При давлении Р>80 атм расчет следует вести по этой формуле с Т = 900 °К, и = 0,74. Полученные результаты показывают, что отклонение от состояния термохимического равновесия, обусловленное конечностью скорости реакции (4.1), при нагреве приводит к росту статической температуры, скорости газа, замороженной скорости звука, массовой концентрации NO2, а также к падению статического давления, плотности, массовых концентраций N2O4, NO и О2.

Отклонение от состояния термохимического равновесия при течении в охлаждаемом канале постоянного сечения, как следует из табл. 4.7 и 4.8, обусловливает падение температуры, скорости газа, замороженной скорости звука, концентрации NO2 и рост давления, плотности, содержания N2O4, NO и Oj.

Отклонение от состояния термохимического равновесия при дозвуковом течении N2O4 в расширяющемся канале приводит к повышению температуры, скорости газа, замороженной скорости звука, замороженного числа Маха, концентраций NO2 и к падению давления, плотности, концентраций N204, NO и О2 (см. табл. 4.10).

Расчеты, выполненные на основании данных табл. 4.8, показывают, что неучет реакций (4.7) — (4.10) приводит к ошибкам по плотности (30,47%), температуре (21,34%), скорости (23,36%), степени диссоциации N204 (20,25%) и степени разложения NO2 (40,73%). Эти цифры относятся к данному варианту неравновесного течения. В области более высоких температур и давлений реагирующей системы ^O/i^^NCb^^NO + Og и больших значений времени пребывания отклонение от состояния термохимического равновесия менее значительно и соответственно менее существенно различие в параметрах, рассчитанных по этих двум моделям термического разложения N204.

Как следует из сравнения данных табл. 4.14 и 4.15, равновесные значения параметров потока N2O4 на выходе из соплового аппарата, вычисленные на основании предложенного нами метода, практически совпадают с соответствующими величинами, определенными на основании h — s-диаграммы. Расчеты кинетических параметров потока выполнены для модельного канала, осевой размер которого равен осевому размеру соплового аппарата (данные четвертого столбца табл. 4.15), и для канала, осевой размер которого вдвое превышает осевой размер соплового аппарата (данные пятого столбца табл. 4.15). Полученные результаты показывают, что отклонение от состояния термохимического равновесия, вызванное недостаточно высокой скоростью реакции (4.1), приводит к росту давления, плотности, содержания NjO^ NO, O2, а также к снижению температуры, скорости течения, замороженной скорости звука, замороженного числа Маха и содержания NO2.

коммутирующим конденсатором Ск. Перед включением тиристора конденсатор С„ заряжен до напряжения UK. При подаче отпирающего импульса на управляющий электрод тиристор Т открывается и через двигатель начинает проходить ток »0. Одновременно происходит перезаряд конденсатора С„ через резонансный контур, содержащий индуктивность L\. После окончания перезаряда, когда полярность конденсатора меняется, к тиристору прикладывается обратное напряжение. При этом тиристор восстанавливает свои запирающие свойства и ток через него прекращается. В дальнейшем конденсатор заряжается через нагрузку и схема оказывается подготовленной для последующего отпирания тиристора. Время открытого состояния тиристора определяется параметрами резонансной цепи: LI и Ск.

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

Достаточно широко в преобразовательных схемах используется комбинация тиристор — встречно-параллельный диод ( 3.76, а). С помощью диода появляется возможность возвращения избыточной реактивной энергии в источник питания после того, как тиристор выключается. Эта энергия накапливается во время открытого состояния тиристора в индуктивности нагрузки или узла коммутации. Введение встречно-параллельного диода обычно позволяет улучшить энергетические показатели схемы.

нейных и инерционных факторов. Переходный процесс включения модели складывается из двух этапов: этапа лавинообразного нарастания тока (этапа регенерации) и этапа установления открытого состояния тиристора.

5. Через тиристор таблеточной конструкции протекает ток синусоидальной формы амплитудой 650 А, частотой 100 Гц; максимальная длительность открытого состояния тиристора 5 мс; /?ст-к = 0,03 С/Вт, Як-0=0,01 С/Вт, Tjmax= 125 °С, 7'ср = 35°С. Рассчитать охладитель штыревого типа.

В трехфазной схеме при активной нагрузке Ra ток в тиристорах при а = 30 эл. град, прекращается в момент перехода фазного напряжения «2 через нулевую линию, если пренебречь напряжением, необходимым для поддержания тока в тиристоре ( 127, а, б, в, г). Время включенного состояния тиристора i = л — 30° — а, в кривой тока наблюдаются разрывы ( 127, б, в).

Время протекания тока через нагрузку /?„ в этой схеме определяется временем работы тиристора ТРС и соответственно временем запертого состояния тиристора ТРК.

Среднее значение кривой напряжения {/„ определяется длительностью интервалов времени открытого состояния тиристора ТРС. Для выключения силового тиристора служит система коммутации, состоящая из конденсатора СК) дросселя LK, коммутирующего тиристора ТРК и диода Д.

2. Сопротивление Ro выбирается на напряжение, до которого заряжается защитный конденсатор, и на необходимую мощность рассеиваемой энергии. Величина Яо ограничена снизу допустимой амплитудой тока включения тиристора, а сверху — скоростью полного разряда Со в течение длительности открытого состояния тиристора tn:

Принцип действия прибора основан на измерении реального тока короткого замыкания с ограничением времени его протекания до 10 мс. При этом короткое замыкание производится через тиристор и шунт. Время протекания тока короткого замыкания определяется временем открытого состояния тиристора.