Параллельное включение полупроводниковых приборов
В некоторых устройствах потребляемый ток настолько велик, что номинальных параметров полупроводниковых приборов не хватает (например, электродуговые печи, двигатели постоянного тока большой мощности). Для решения этой проблемы может существовать несколько решений:
- Усложнение системы охлаждения (вместо воздушного применяют жидкостное). Это вызывает добавление различных механизмов и систем и является не лучшим решением.
- Использование нескольких преобразовательных устройств при параллельной их работе.
- Параллельная работа нескольких полупроводниковых приборов.
В этой статье мы рассмотрим третий вариант на примере тиристоров и диодов. Итак, для того чтобы уменьшить ток, проходящий через один тиристор, к нему параллельно подключают еще один. Схема ниже:
Известно, что каждый тиристор имеет вольт – амперную характеристику и не всегда эти характеристики одинаковы. Пример вольт – амперных характеристик показан ниже:
Из этой характеристики видно, что при одном и том же напряжении токи тиристоров будут разных, а именно ток тиристора 1 будет больше чем 2.
Но самое отрицательное влияние разниц этих характеристик будет происходить при динамических режимах. При открытии тиристора (диода) имеющего наименьшее время включения весь ток цепи пройдет через него, что может повлечь за собой выход из строя устройства. Во избежание таких ситуаций применяют специальные устройства, а именно индуктивные делители тока. Они обеспечивают равномерное распределение нагрузки между вентилями.
Ниже приведены основные схемы включения индуктивных делителей:
Основным определителем эффективности делителей является в основном сечение магнитопровода. Рассчитывается оно по следующей формуле (кв.м.):
где ΔUFM – разбалансировка прямого напряжения (напряжения в открытом состоянии), В;
В0 – остаточная индукция в стали магнитопровода, Тл;
В1 – индукция, Тл, которая соответствует напряженности Н1;
ΔI – допустимая разбалансировка тока в параллельных ветвях (принимается в средних значениях), А;
lµ — средняя длина магнитной линии стали магнитопровода, м;
f – частота токовых импульсов, Гц;
m – скважность токовых импульсов;
w – число витков токоведущих проводов.
Значение Н1 находится по кривой намагничивания. Для этого необходимо взять точку в начальной области насыщения. Минимальная длина магнитного пути:
Минимальные габариты делителей достигаются следующим образом:
- Осуществляют подбор приборов по минимальному разбросу прямого напряжения;
- Уменьшают длину средней магнитной линии;
- Увеличивают число рабочих витков;
- Увеличивают допустимую разбалансировку токов ;
- Увеличивают отношение
;
Зачастую применяют одновитковые делители, так как они удобнее с точки конструктивного исполнения. Магнитопровод с пропущенным в его окно токоведущими шинами заливают эпоксидным компаундом, но при этом оставляют не изолированные концы для подключения делителя в схему.
При расчете индуктивных делителей следует учитывать возможный разброс по времени включения каких – то устройств. При числе параллельных устройств менее шести целесообразней всего применять схему «замкнутая цепь» (см. рис. выше а)). А если число приборов больше шести, то схемы б) и в) (см. рис. выше).
Можем сделать вывод, что параллельное соединение вентилей требует установку дополнительного оборудования. Поэтому нужно провести экономические и технические расчеты, для того, чтобы убедится стоит ли использовать параллельное включение полупроводников.
Параллельное включение тиристоров | Техника и Программы
Балансировка по току очень проста. Достаточно включить последовательно с каждым тиристором резистор, который бы сделал не существенным разброс в прямых падениях напряжения на тиристорах. Этот прием прекрасно работает в импульсных преобразователях для исследовательских установок по ядерному синтезу с магнитным удержанием плазмы, в которых трубки из нержавеющей стали или монеля обеспечивают падение напряжения в несколько вольт при полном токе. К сожалению, из-за больших потерь этот прием балансировки оказывается пригодным только в импульсных системах с очень маленьким значением рабочего цикла.
Балансировка токов в преобразователях, предназначенных для постоянной работы, требует не только подбора тиристоров по прямому падению напряжения, но и особого внимания к собственным и взаимным индуктивностям в разных ветвях системы. На Рис. 11.6 приведено несколько примеров удачной и неудачной балансировки.
Рис. 11.6. Различные схемы параллельного включения тиристоров
В схеме А ток через тиристор 1 будет больше, чем через тиристор 2, так как тиристор 2 подключен к тиристору 1 через добавочные связи, имеющие и сопротивление, и индуктивность. Напротив, в схемах Б, В и Г добавочные сопротивления и индуктивности сбалансированы. В схеме Д через тиристор 2 будет протекать больший ток, чем через тиристоры 1 и 3, так как они подключены через дополнительные сопротивления и индуктивности. Ситуация исправлена переносом точки соединения в схеме E, так что в ней индуктивности и сопротивления токоведущих связей для каждого тиристора равны между собой. На схеме Ж обозначена интересная проблема, связанная со взаимной индуктивностью проводов. Если расстояния между входной и выходной шинами и проходящими параллельно им проводами мало, то для тиристора 1 их взаимная индуктивность приведет к уменьшению падения напряжения на подходящих к нему проводах и увеличению тока через него по сравнению с током через тиристор 2. Можно попытаться перенести точку соединения проводов, как показано на схеме
