Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

4 Applikationshinweise für Thyristoren und Netzdioden
Beispiel Wechselstromsteller
Ein SEMIPACK SKKT 72 soll als Wechselstromsteller einen Strom von 120 A bei Vollaussteuerung
führen. Rechnerisch ergibt sich I Tav
=120 A · Wurzel(2)/Pi = 52 A je Thyristor. Ein Sicherheitsaufschlag
von mindestens 10% (= 60 A) ist empfehlenswert. Aus Bild 4.1.10 (rote Linie)
ergibt sich für I TAV
= 60 A eine Verlustleistung des einzelnen Thyristors von P TAV
= 85 W (Sinus-
Halbschwingungen 180°). Für eine angenommene maximale Umgebungstemperatur T a
= 40°C
und einer zulässigen Sperrschichttemperatur von 125°C ergibt sich der maximal zulässige
R th(j-a)
= (125°C – 40°C) / 85 W = 1,0 K/W.
a) b)
Bild 4.1.10 a) P TAV
als Funktion des Dauergrenzstroms I TAV
bei Sinus-Halbschwingungen (sin. 180), reinem
Gleichstrom (cont.) und bei Rechteckpulsen (rec. 15 bis 180); b) zulässige P TAV
als Funktion
der Umgebungstemperatur T a
bei verschiedenen R th(j-a)
; Alle Angaben gelten für einen Thyristor
allein.
Entsprechend dem Datenblatt hat ein einzelner Thyristor bei sinusförmigem Strom und Q = 180°
einen R th(j-s)
= R th(j-c)
+ R th(c-s)
= 0,37 K/W + 0,20 K/W = 0,57 K/W. Für den Kühlkörper bleiben je
Thyristor R th(s-a)
= 1,0 K/W - 0,57 K/W = 0,43 K/W. Für 2 Thyristoren halbiert sich der Widerstand zu
0,215 K/W. Erforderlich ist also ein Kühlkörper, der bestückt mit einem SEMIPACK (n = 1) sowie
bei P tot
= 2 · 85 W = 170 W einen Wärmewiderstand von ≤ 0,215 K/W besitzt. Hinsichtlich des R th(s-a)
zählt ein SEMIPACK ebenso wie ein Brückengleichrichter als eine Wärmequelle (vgl. Kap. 5.3.2.1
Anzahl von Wärmequellen), obwohl er mehrere Dioden oder Thyristoren enthält. Die einzelnen
Bauelemente liegen im Gehäuse so nahe beisammen, dass man von einer gleichmäßigen Verteilung
der Verlustwärme auf die ganze Länge des Kühlkörpers nicht sprechen kann.
Beispiel Vollgesteuerte Sechspuls-Brückenschaltung
Drei SKKT 72 sollen in B6C-Schaltung bei 90° Stromflusswinkel 135 A liefern. Dies gibt je Thyristor
45 A. Aus Sicherheitsgründen rechnen wir mit 50 A. Bild 4.1.10 (blaue Linie) ergibt bei 50 A für Rechteckstrom
mit Q = 90° eine P TAV
= 80 W. Bei T a
= 35°C Umgebungstemperatur ist der für einen Thyristor
notwendige R th(j-a)
= 1,15 K/W. Davon sind jetzt R th
= 0,41° K/W sowie wieder R th(c-s)
= 0,2 K/W
abzuziehen. Es verbleiben für den Kühlkörper R th(s-a)
= (1,15 - 0,41 - 0,20) / 6 =0,09 K/W. Geeignet
ist also ein Kühlkörper, der bestückt mit n = 3 Wärmequellen einen R th(s‐a)
= 0,09 K/W hat. Das
ist bei verstärkter Luftkühlung leicht zu realisieren. In Frage käme das Profil P 3/300 F mit einem
Lüfter, der 120 m³/h fördert.
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