Способы включения полупроводниковых приборов

Рис. 3.6.Способы включения полупроводниковых приборов:

а - последовательное соединение, б - параллельное соединение

Последовательное соединение вентилей применяется в случае, когда напряжение, прикладываемое к вентилю, превышает номинальное напряжение на вентиль. Из-за разброса вольт - амперных характеристик отдельные приборы могут перегружаться по напряжению. В динамических режимах приложение прямого напряжения из-за разброса времени восстановления запирающей способности к тиристору с меньшим временем восстановления может прикладываться полное напряжение всей цепи, и тиристор может самопроизвольно включиться.

При последовательном соединении необходимо применять меры, обеспечивающие равномерное деление напряжения (подбор приборов одного класса с близкими значениями обратных токов и токов утечки или устанавливать специальные делители и схемы управления). Самое большое напряжение воспринимает прибор с наибольшим внутренним сопротивлением.

В качестве выравнивающий устройств в статических режимах необходимо применять активные делители, в переходных - активно-емкостные делители (рис. 3.7). Применение активных делителей сопровождается потерями энергии, значение которой увеличивается с уменьшением сопротивления резисторов. В активно-емкостных делителях последовательно с конденсатором включается низкоомный (несколько десятков Ом) резистор, служащий для ограничения тока разряда конденсатора, через включающий тиристор.

Параллельное соединение необходимо, если ток вентильного плеча превышает допустимый ток вентиля. В связи с тем, что вольт амперные характеристики полупроводниковых приборов имеют статический разброс, равенство полных сопротивлений ветвей практически не существует. В динамических режимах тиристор, имеющий меньшее время включения, воспринимает весь ток цепи и может выйти из строя из-за теплового пробоя.

Способы включения полупроводниковых приборов

Рис. 3.7.Способы включения полупроводниковых приборов

При параллельном соединении основной задачей является равномерное распределение тока между параллельными ветвями в статических и переходных режимах с учетом следующих требований:

- равномерное распределение тока в рабочем режиме,

- при обрыве цепи или отключении одного или нескольких полупроводниковых приборов, распределение тока между оставшимися в работе не должно существенно нарушаться,

- в режиме протекания аварийного тока распределение нагрузки должно быть таким, чтобы протекающий через любой из полупроводниковых приборов ток не превосходил максимально допустимой величины.

Для выравнивания характеристик ветвей необходимо применять следующие методы:

- подбор приборов одного типа с одинаковыми характеристиками,

- принудительное деление тока с помощью дополнительных устройств (установка индуктивных делителей тока, включение последовательно с каждым вентилем выравнивающих сопротивлений) (рис. 3.8).

Рис. 3.8.Схемы выравнивания прямых токов при параллельном включении полупроводниковых приборов

Обычно допускается недоиспользование нагрузочной способности СПП не более 10 %.

В индуктивных делителях незначительны потери, но усложняется конструкция преобразователя. Активные делители проще, но не экономичны.

Групповое соединение полупроводниковых приборов (рис. 3.9) целесообразно применять не только для увеличения допустимых значений тока и напряжения в ветвях, но и для повышения надежности полупроводниковых преобразователей.

Рис. 3.9.Схемы выравнивания прямых токов при параллельном включении полупроводниковых приборов:

а - параллельно-последовательное, б - последовательно-параллельное,

в - последовательно-параллельное соединение с выравнивающими сопротивлениями

Недостатками последовательно-параллельного соединения является:

- необходимость достаточного подбора полупроводниковых приборов по вольт – амперным характеристикам,

- снижение надежности соединений, т.к. отказ одного из полупроводниковых приборов отражается на работу всей группы.

При параллельно-последовательном соединении отказ одного из полупроводниковых приборов отражается на работу только одной ветви. Выход из строя нескольких приборов в одной ветви имеет меньшую вероятность, чем выход из строя нескольких приборов в группе. Следовательно, надежность данного способа соединения - выше. Кроме того, деление тока между ветвями будет более равномерным вследствие статического распределения прямых падений напряжений в приборах. Недостатком является необходимость использования отдельных RC – цепей для каждой ветви.

Последовательно-параллельное соединение с сопротивлениями, выравнивающими потенциалы, позволяет иметь общую RC – цепь для всей группы. Сохраняется преимущество последовательно-параллельного соединения в отношении равномерного распределения тока между ветвями.

Разброс электрических и тепловых параметров полупроводниковых приборов значительно снижает эффективность групповых соединений.

Для защиты полупроводниковых приборов необходимо применять:

- защита от токов коротко замыкания - плавкие предохранители, быстродействующие выключатели, токоограничивающие дроссели,

- защита от перенапряжений - LC-фильтры низкой частоты, RC-цепи, ограничители напряжений.

К перспективным видам защиты следует отнести бесконтактную защиту: снятие управляющих импульсов, перевод установки в рекуперативный режим, принудительное прерывание аварийного тока с помощью полупроводниковых расцепителей и т.д.