Параллельное соединение тиристоров: Параллельное включение полупроводниковых приборов

Содержание

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 ΔU_FM – 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;
l_µ — 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 и последовательное соединение силовых полупроводниковых приборов (СПП)

Максимальные токи и блокирующие напряжения выпускаемых СПП ограничены и часто однотипные СПП приходится соединять в группы для увеличения мощности разрабатываемого оборудования.

Основные типы соединений:

Параллельное — используется при необходимости увеличения максимального тока;
Последовательное — используется при необходимости увеличения максимального блокирующего напряжения;
Смешанное — параллельное + последовательное.

Соединяя тиристоры или диоды параллельно, необходимо стремиться к равному распределению тока нагрузки по приборам. Нужно обеспечить идентичность условий работы СПП и равенство вольтамперных характеристик, учитывая технологический разброс параметров.

Для решения этой задачи необходимо следующее:

Последовательно с каждым полупроводниковым прибором устанавливать индуктивные или омические делители тока;
Осуществлять подбор полупроводниковых приборов по статическим потерям в рабочей точке (по значению U tm /U fm на рабочем токе). Следует заметить, что всегда существует определенный технологический разброс параметров СПП;
При проектировании преобразователей, имеющих параллельное соединение полупроводниковых приборов, рекомендуется выбирать рабочие токи, находящиеся выше точки инверсии вольтамперной характеристики СПП. В этом случае выравнивание токов в параллельных ветвях будет происходить автоматически, так как в области ВАХ, лежащей выше точки инверсии, действует отрицательная обратная связь, то есть при увеличении температуры р-n перехода увеличивается его сопротивление и уменьшается прямой ток, что приводит к снижению температуры р-n перехода;

Для минимизации влияния времени включения отдельных тиристоров и — как следствие — неравномерного распределения тока по ветвям в первоначальный момент времени, необходимо применять мощные импульсы управления с крутым фронтом, что приводит к уменьшению времени задержки включения тиристора и минимизации влияния этого эффекта на распределение тока по параллельным ветвям;
В схемах, где применяются мощные высоковольтные тиристоры; тиристоры, выполненные на кристаллах больших диаметров (более 56 мм), а также при наличии больших индуктивностей в силовой части, которые ограничивают скорость изменения силового тока, необходимо дополнительно учитывать время распространения включенного состояния тиристора. Это связанно с тем, что мощные тиристоры в первоначальный момент времени включаются в ограниченной области вблизи управляющего электрода, после этого за ограниченное время происходит продольное распространение включенного состояния;
Конструктивное расположение параллельных ветвей должно обеспечивать равенство сопротивлений токоведущих шин, включая предохранители;
Для всех приборов, входящих в параллельное соединение, условия охлаждения должны быть одинаковы.

Соединяя тиристоры или диоды последовательно, необходимо стремиться к равному распределению блокирующего (прямого и(или) обратного) напряжения как в стационарном состоянии, так и в динамических режимах, а именно — при включении тиристоров и при восстановлении блокирующих свойств во время выключения тиристора или диода.

Причины неравномерного распределения блокирующих напряжений:

Различия утечек в последовательно соединенных приборах вследствие естественного технологического разброса и (или) различных рабочих температур вследствие, например, различных условий охлаждения (к сведению: в среднем изменение температуры на 8°С приводит к изменению утечек в два раза). Перенапряжение возникает на приборах, имеющих меньшее значение тока утечки;
Разброс времени включения отдельных тиристоров, соединенных последовательно в ветви, ведет к перераспределению напряжения между включившимися ранее и включающимися с запозданием тиристорами. Перенапряжение возникает на тиристорах, включающихся с опозданием;
Разброс величин заряда обратного восстановления в последовательно соединенных приборах приводит к тому, что в момент восстановления такие приборы принимают обратное напряжение в различное время. Перенапряжение возникает на тиристорах, имеющих меньший заряд обратного восстановления.

Способы выравнивания распределения блокирующих напряжений:

Для снижения влияния неравномерности токов утечки последовательно включенных СПП используют включение шунтирующих высокоомных резисторов параллельно каждому полупроводниковому прибору (диоду или тиристору). Чем выше требование к выравниванию напряжения в этом режиме, тем меньше должны быть значения шунтирующих резисторов;
Для уменьшения неравномерности распределения блокирующих напряжений, которое возникает из-за разброса значений зарядов обратного восстановления СПП, применяются снабберные RC-цепи, включенные параллельно каждому полупроводниковому прибору. Чем больше значение снабберной емкости, включенной параллельно прибору, тем меньше неравномерности распределения блокирующих напряжений. Однако увеличение емкости — это не всегда рациональный способ, поэтому необходимо подбирать приборы для последовательного соединения по заряду обратного восстановления. Как правило, разброс зарядов принимают равным 5% или 10%.

Для уменьшения разброса времени включения СПП применяют мощные импульсы управления с крутым фронтом, что приводит к уменьшению времени задержки включения тиристора и минимизации влияния этого эффекта на распределение напряжения. Наличие снабберных RC-цепей параллельно каждому прибору оказывает положительное воздействие, так как до момента включения к тиристорам прикладывалось некоторое прямое напряжение, до которого также были заряжены снабберные конденсаторы. Это напряжение в первый момент времени после включения тиристора прикладывается к нему и обеспечивает равномерность распределения напряжения.

Большой спектр мощных преобразователей содержат в себе СПП, включенные параллельно и (или) последовательно. При их проектировании, обслуживании и ремонте важно учитывать вышеназванные требования и особенности групповых включений приборов. Это позволит максимально использовать ресурс СПП, разрабатывать и изготавливать надежное и долговечное оборудование.

Защита тиристоров от повреждений (охлаждение, групповое включение, шунтирование)

Вследствие аварийных колебаний напряжения питания или переходных процессов и возникновения кратковременных всплесков э. д. с. амплитуды прямого и обратного напряжений, приложенных между анодом и катодом тиристора, могут оказаться выше допустимых. В тиристорных схемах максимальные (амплитудные) значения напряжений между анодом и катодом не должны превышать половины их максимально допустимых значений, указанных в технических условиях.

В некоторых случаях для предохранения тиристоров от пробоя в обратном направлении рекомендуется последовательно с ними включать обычный диод рассчитанный на такой же прямой ток, но с большим допустимым обратным напряжением.

Для этих же целей можно использовать последовательное соединение тиристоров.

Схемы защиты тиристоров (рис. 1) дают возможность защитить переход между катодом и управляющим электродом от пробоя или превышения допустимого тока управления, что приводит к перегреву перехода. Переход между катодом и управляющим электродом тиристора имеет небольшое напряжение пробоя (для маломощных тиристоров — единицы вольт). При подаче на управляющий электрод отрицательного напряжения по отношению к катоду переход может оказаться пробитым.

Схема, приведенная на рис. 1, а, позволяет ограничить силу обратного тока управления (от катода на управляющий электрод) благодаря включению в цепь управления диода. Диод (рис. 1, б), включенный параллельно переходу катод — управляющий электрод, шунтирует его при обратном напряжении управления, что снижает обратное напряжение до минимума. В то же время наличие небольшого отрицательного напряжения на управляющем электроде снижает время выключения тиристора.

Рис. 1. Схемы защиты тиристоров

Если по условиям работы схемы напряжение управления превышает допустимое значение во время подачи обратного напряжения между анодом и катодом, защиту можно осуществить включением демпферной цепочки (диод Дд и резистор Rд, рис. 1, в). При положительном потенциале на управляющем электроде и отрицательном потенциале анода на резисторе Rд создается падение напряжения, что снижает положительный управляющий сигнал.

Сопротивление резистора Rд достаточно велико, и обратный ток через диоды и резистор не оказывает влияния на силовую часть схемы.

Охлаждение тиристоров служит защитой от перегрева и выхода из строя. Для охлаждения используются специальные радиаторы ребристоготипа с воздушным обдувом с помощью встроенного в выпрямительный блок вентилятора. Существуют тиристоры с водяным охлаждением.

При номинальных данных по току нагрузки нагрев тиристора не должен превышать максимально допустимой нормы (125 °С для некоторых типов тиристоров), поэтому вентилирование выпрямительного блока должно производиться постоянно и с определенной интенсивностью.

Силовые выпрямительные блоки при выходе из строя вентиляции отключаются автоматически. Если ток нагрузки составляет половину от номинального, тиристоры могут работать без вентиляции, но при наличии радиаторов.

Групповое включение тиристоров

Основной схемой управляемого выпрямителя является схема Ларионова. Мощные судовые управляемые выпрямители рассчитаны на значительные токи и напряжения, которые могут превысить номинальные значения для тиристоров.

Для уменьшения обратного напряжения на тиристорах применяется их последовательное соединение, а для уменьшения тока через тиристор — параллельное соединение.

Тиристоры с одинаковыми номинальными данными могут иметь некоторый разброс параметров, это становится наглядным при сравнении вольт-амперных характеристик. При последовательном соединении тиристоров, вследствие неравенства прямых и обратных сопротивлений, максимальное напряжение возникнет на тиристоре с большим сопротивлением, если амплитуда напряжения, приложенного к цепям, будет достаточно большой.

Пробой одного из тиристоров приведет к тому, что приложенное напряжение распределится между остальными и превысит норму. Для равномерного распределения обратных напряжений параллельно каждому тиристору включается резистор, сопротивление которого одного порядка с обратным сопротивлением тиристора.

Шунтирование тиристоров резисторами одинакового сопротивления обеспечивает равномерное распределение обратных напряжений в установившемся режиме (закрытое состояние тиристоров). При переходных процессах, происходящих с большой скоростью изменения за время, исчисляете микросекундами, необходимо учитывать емкость каждого тиристора. Напряжения, приходящиеся на каждый тиристор, будут распределяться обратно пропорционально его емкости. Для выравнивания емкости параллельно тиристору включается цепочка R — С (рис. 2, а). Резистор R с активным сопротивлением служит для ограничения тока разряда конденсатора через открытый тиристор.

Для выравнивания токов между параллельно включенными тиристорами необходимо подобрать выпрямители с одинаковыми прямыми участками вольт-амперных характеристик, т. е. с равными прямыми сопротивлении, или применить средства принудительного выравнивания токов при помощи резисторов или индуктивных делителей. При первом способе упрощается конструкция преобразователя, уменьшаются масса, габариты и стоимость, повышается к. п. д, установки и обеспечивается равномерное распределение тока как при переменном токе, независимо от его частоты так и при постоянном. Однако при выходе из строя тиристора его необходимо заменить идентичным, что не всегда возможно в эксплуатации.

Рис. 2. Последовательное и параллельное соединение тиристоров

Индуктивные делители при сравнительно малых потерях уменьшают крутизну нарастания тока и способствуют равномерному распределению токов. В установках средней и большой мощности распространены индуктивные делители без сердечника (рис. 2, б) и с сердечником (дроссели). Приведенные схемы используются в неуправляемых выпрямителях для тех же целей.

⇓ДОБАВИТЬ В ЗАКЛАДКИ⇓

⇒ВНИМАНИЕ⇐

Материал на блоге⇒ Весь материал предоставляется исключительно в ознакомительных целях! При распространении материала используйте пожалуйста ссылку на наш блог!
Ошибки⇒ Если вы обнаружили ошибки в статье, то сообщите нам через контакты или в комментариях к статье. Мы будем очень признательны!
Файлообменники⇒ Если Вам не удалось скачать материал по причине нерабочих ссылок или отсутствующих файлов на файлообменниках, то сообщите нам через контакты или в комментариях к статье.
Правообладателям⇒ Администрация блога отрицательно относится к нарушению авторских прав на www.electroengineer.ru. Поэтому, если Вы являетесь правообладателем исключительных прав на любой материал, предоставленный на ресурсе, то сообщите нам через
контакты и мы моментально примем все действия для удаления Вашего материала.

⇓ОБСУДИТЬ СТАТЬЮ⇓

Групповое соединение силовых вентилей | Полупроводниковые выпрямители

Страница 6 из 14

В преобразователях большой мощности требования к среднему значению прямого тока и обратному напряжению могут превышать номинальные значения параметров существующих вентилей. В этих случаях задача решается параллельным и последовательным соединением полупроводниковых приборов, которое также используется для повышения надежности преобразователей, когда выход из строя отдельного прибора не должен вызывать нарушения работы всей установки.

Рис. 14. Групповое соединение полупроводниковых приборов: в — параллельное; в — последовательное; в и г — соответственно обратные и прямые ветви вопьт-амперных характеристик диодов; д — схема выравнивания обратных напряжений на тиристорах; е — схема выравнивания токов диодов

При групповом соединении вентилей из-за несовпадения прямых и обратных ветвей вольт-амперных характеристик приборов возникают неравномерные распределения токов (при параллельном соединении) или напряжений (при последовательном соединении) между отдельными вентилями.
При параллельном соединении двух вентилей (рис. 14,э) протекающий через них общий ток / при одинаковом прямом падении напряжения Аыпр на обеих приборах распределяется неравномерно: через диод V1 протекает ток it, а через диод V2 ток /2 < Л (рис. 14,г) вследствие несовпадения прямых ветвей вольт-амперных характеристик. Это вызывает перегрузку по току отдельных вентилей, приводящую к выходу их из строя вследствие перегрева.
В случае последовательного соединения вентилей (рис. 14,6) через оба прибора протекает один и тот же обратный ток /0бр- но приложенное к ним обратное напряжение и0бр ввиду различия обратных ветвей вольт-амперных характеристик (рис. 14,е) распределяется по диодам неравномерно: к вентилю V1 прикладывается напряжение t/o6pl, а к вентилю V2 – напряжение иобр2 < Цэбр 1 – Превышение на одном из вентилей обратного напряжения над напряжением загиба вольт-имперной характеристики может привести к пробою не только данного, ко и всех остальных вентилей вследствие повышения на них uo6p.

Для исключения выхода из строя вентилей при их групповом соединении принимают специальные меры для обеспечения равномерного деления тока и напряжения между отдельными приборами.
Для выравнивания токов между параллельно включенными вентилями в настоящее время применяют два способа:
подбирают вентили с малым различием прямых ветвей вольт-амперных характеристик — падение напряжения Асупр на отдельных приборах не должно отличаться более чем на 0,02 В при изменении прямого тока от 0,1 /ном до /НОм’!
более распространенным способом выравнивания токов между параллельно включенными приборами является применение индуктивных делителей тока различных типов. На рис. 14,е представлена схема параллельного соединения двух вентилей с индуктивным делителем, который представляет собой тороидальный витой или шихтованный сердечник с двумя встречно включенными обмотками, через которые подводится ток к тиристорам V1 и V2, подключенным к одной “фазе”.
*В конце условного обозначения диодов и тиристоров, поставляемых для параллельного соединения, следуют цифры, означающие прямое падение напряжения.
Если токи /’i и /2, протекающие в обмотках такого дросселя в противоположных направлениях, будут неодинаковыми, то это вызовет появление неуравновешенного магнитного потока в сердечнике, изменение которого будет индуктировать в обмотках W\ и w2 противоположно направленные ЭДС, которые будут выравнивать вольт-амперные характеристики параллельных ветвей и способствовать равномерному распределению тока в тиристорах V1 и V2.
Индуктивные делители эффективны для выравнивания токов в ветвях при их нарастании (в переходных режимах) или когда через вентили протекают пульсирующие токи, периодически изменяющие свое значение, что имеет место при работе вентилей в схемах выпрямления переменного тока.
Для равномерного распределения обратного напряжения на последовательно включенных вентилях параллельно каждому из них подключаются резисторы /?ш (рис.

2 мкФ, а сопротивления R = 2(Н30 Ом.

Последовательное соединение – тиристор – Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Последовательное соединение – тиристор

Cтраница 1

Последовательное соединение тиристоров используется в преобразователях повышенного напряжения. [1]

Допускается последовательное соединение тиристоров. [2]

При последовательном соединении тиристоров через все тиристоры протекает один и тот же обратный ток. Сопротивления вентилей в обратном направлении также имеют разброс, поэтому обратное напряжение распределится на них неравномерно. Вентиль, имеющий наибольшее сопротивление, примет на себя большую часть напряжения и можит быть пробит. Для выравнивания напряжений в статических и динамических режимах используют делители напряжений. [4]

При последовательном соединении тиристоров через все тиристоры протекает один и тот же обратный ток. Сопротивления вентилей в обратном направлении также имеют разброс, поэтому обратное напряжение распределится на них неравномерно. Вентиль, имеющий наибольшее сопротивление, примет на себя большую часть напряжения и может быть пробит. Для выравнивания напряжений в статических и динамических режимах используют делители напряжений. [6]

При последовательном соединении тиристоров необходимо учитывать зависимость времени задержки ( времени включения) от амп-литуды импульса управления, приведенных в информационных материалах. [7]

При последовательном соединении тиристоров необходимо учитывать зависимость времени задержки ( времени включения) от амплитуды импульса управления, приведенных в информационных материалах. [8]

При последовательном соединении тиристоров требования к одновременности включения тиристоров, а следовательно, и к крутизне управляющих импульсов более жесткие-длительность фронта тока управления должна быть не более 1 мкс при 3 – 3 5-кратной форсировке. [9]

Лавинный характер пробоя р-я-перехода позволяет осуществить последовательное соединение тиристоров типа ТЛ без применения делителей напряжения, а также ограничить коммутационные перенапряжения в обратном направлении при работе в инверторах. [11]

Во многих случаях для увеличения мощности устройств приходится использовать параллельное или последовательное соединение тиристоров. Последовательное и параллельное соединение этих приборов часто используется для повышения надежности схем на тиристорах, в которых выход из строя отдельного прибора не должен вызывать нарушения работы всей установки. [13]

В электроприводах до 1000 В с повышением класса тиристоров становится экономически неоправданным последовательное соединение тиристоров или преобразователей. [15]

Страницы: 1 2 3

Способ подбора тиристоров для плеча преобразователя при их параллельном соединении

Изобретение может быть использовано при производстве тиристорных преобразователей, содержащих параллельное соединение тиристоров в силовой схеме. Сущность изобретения: изобретение позволяет уменьшить число бракуемых тиристоров, улучшить качество подбора и упростить его технологию за счет того, что согласование вольтамперных характеристик подбираемых на параллельную работу тиристоров производят еще по одному параметру, а именно по величине разницы токов эталонного 3 и подбираемого 4 тиристоров в момент включения последнего из них. Используя для подбора тиристоров этот параметр в дополнение к измеренному значению тока подбираемых тиристоров при заданном значении тока эталонного тиристора, можно разбить из партии на параллельную работу практически все тиристоры, в том числе и с петлями в вольтамперной характеристике, которые ранее браковались. Разброс токов тиристоров при этом также уменьшается. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике, и может быть использовано при производстве тиристорных преобразователей, содержащих параллельное соединение тиристоров в силовой схеме. Целью изобретения является уменьшение количества бракуемых тиристоров. На фиг. 1 изображена схема стенда для подбора тиристоров; на фиг. 2 – вольтамперные характеристики тиристоров, имеющие и не имеющие петлю на статической вольтамперной характеристике. Устройство для осуществления способа подбора тиристоров при параллельном соединении (фиг. 1) содержит трехфазный трансформатор 1, трехфазную нулевую вентильную группу 2, в плечо которой включен эталонный тиристор 3 и параллельно ему испытуемый тиристор 4. В цепи каждого из тиристоров 3 и 4 установлены измерительные шунты 5 и 6, выходы которых подключены к измерительным приборам 7 и 8. Управление тиристорами осуществляется с помощью системы 9 импульсно-фазового управления. Устройство работает следующим образом. Изменяя фазу импульсов отпирания тиристоров выпрямителя с помощью системы 9 управления, плавно увеличивают от нуля ток эталонного тиристора 3 и следят за началом движения стрелок обоих приборов 7 и 8. Если стрелки обоих приборов начали движение одновременно, то ток эталонного тиристора устанавливают равным рабочему расчетному току подбираемых тиристоров в схеме выпрямителя и фиксируют ток подбираемого тиристора. В этом случае на параллельную работу подбирают тиристоры с близкими зафиксированными токами при рабочем токе эталонного тиристора. Если начало движения стрелки прибора 8 отстает или опережает начало движения стрелки прибора 7, то фиксируют разницу токов, после чего устанавливают рабочий ток эталонного тиристора и фиксируют ток подбираемого тиристора. При этом на параллельную работу подбирают тиристоры по двум показателям: по величине тока подбираемого тиристора, зафиксированной при рабочем токе эталонного тиристора, и по разнице тока, зафиксированной при отставании или опережении начала движения стрелки прибора 8 относительно начала движения стрелки прибора 7. Если в качестве эталонного прибора установлен тиристор, не содержащий петлю на статической вольтамперной характеристике, то начало нарастания тока подбираемого тиристора будет либо совпадать, либо отставать от начала нарастания тока эталонного тиристора, либо подбираемый тиристор вообще не включится, если их ВАХ не совпадают и не пересекаются. Если же в качестве эталонного тиристора установлен тиристор, содержащий петлю, то начало нарастания тока подбираемого тиристора может как отставать, так и опережать начало нарастания тока эталонного тиристора. Как указывалось выше, подбираемый тиристор может вообще не включаться. На фиг. 2 изображены статически вольтамперные характеристики 10 – 12 трех тиристоров. Тиристор с характеристикой 10 не имеет петли, а тиристоры с характеристиками 12 и 11 имеют петли, причем петля у тиристора с характеристикой 11 больше петли тиристора с характеристикой 12. Вольтамперная характеристика тиристора 10 не пересекается с вольтамперной характеристикой 12 и 11, поэтому при подключении тиристоров с характеристиками 12 и 11 к эталонному тиристору с характеристикой 10 оба они не включатся. Если же в качестве эталонного тиристора взять тиристор с характеристикой 11, то тиристор с характеристикой 12 включится раньше и начало нарастания тока по прибору 7 будет отставать от начала нарастания тока по прибору 8. Таким образом, на параллельную работу подбирают из партии включаемые друг с другом тиристоры с учетом величины запаздывания (опережения) тока включения. При этом, подбирая определенным образом эталонный тиристор, можно разбить на партии практически все имеющиеся тиристоры, за счет чего достигается поставленная цель уменьшения числа бракуемых тиристоров. Поставленная цель – повышение качества подбора тиристоров, достигается за счет того, что в предложенном способе учитывают еще один дополнительный параметр – величину опережения (запаздывания) тока включения тиристора, что приводит к тому, что тиристоры подбирают в партию практически идентичные, что улучшает токораспределение. Упрощение подбора тиристоров достигается за счет того, что исключается операция расчета и заменяется более простой операцией замера значения тока. (56) Аптер Э.М. и др. Мощные тиристорные выпрямители для электроприводов постоянного тока, М.: Энергия, 1975, с. 149-156. Авторское свидетельство СССР N 1131433, кл. Н 02 М 7/17, 1984.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОДБОРА ТИРИСТОРОВ ДЛЯ ПЛЕЧА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПРИ ИХ ПАРАЛЛЕЛЬНОМ СОЕДИНЕНИИ, заключающийся в согласовании вольтамперных характеристик путем выбора из партии тиристоров, при котором один тиристор из партии выбирают в качестве эталонного и устанавливают в плечо выпрямители с системой импульсно-фазового управления, выполненного в виде стенда, подбирают параметры контура коммутации выпрямителя, обеспечивающие рабочую скорость нарастания тока подбираемых тиристоров при подключении каждого из них параллельно эталонному тиристору, подключают параллельно эталонному тиристору по очереди каждый тиристор из партии и с помощью системы импульсно-фазового управления устанавливают токи эталонного и подбираемого тиристоров, определяют отклонение тока подбираемых тиристоров и по величине этого отклонения партию тиристоров разбивают на группы, отличающийся тем, что, с целью уменьшения количества бракуемых тиристоров, токи эталонного и подбираемого тиристоров задают плавно и фиксируют разницу токов эталонного и подбираемого тиристоров в момент включения последнего из них , после чего устанавливают заданное значение тока эталонного тиристора и измеряют ток подбираемого тиристора, а тиристоры в группы подбирают по величине разницы токов и по измеренному значению тока через них.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000

Извещение опубликовано: 10. 11.2000

Параллельное и последовательное соединение силовых полупроводниковых приборов (СПП) | Протон-Электротекс

Источник АО «Протон-Электротекс»

Максимальные токи и блокирующие напряжения выпускаемых СПП ограничены, и часто однотипные СПП приходится соединять в группы для увеличения мощности разрабатываемого оборудования. Основные типы соединений при этом следующие:

Параллельное – используется при необходимости увеличения максимального тока;

Последовательное – используется при необходимости увеличения максимального блокирующего напряжения;

Смешанное – параллельное + последовательное.

Для решения этой задачи необходимо следующее: последовательно с каждым полупроводниковым прибором устанавливать индуктивные или омические делители тока;

осуществлять подбор полупроводниковых приборов по статическим потерям в рабочей точке (по значению U tm /U fm на рабочем токе). Следует заметить, что всегда существует определенный технологический разброс параметров СПП;

при проектировании преобразователей, имеющих параллельное соединение полупроводниковых приборов, рекомендуется выбирать рабочие токи, находящиеся выше точки инверсии вольтамперной характеристики СПП. В этом случае выравнивание токов в параллельных ветвях будет происходить автоматически, так как в области ВАХ, лежащей выше точки инверсии, действует отрицательная обратная связь, то есть при увеличении температуры р-n перехода увеличивается его сопротивление и уменьшается прямой ток, что приводит к снижению температуры р-n перехода;

для минимизации влияния времени включения отдельных тиристоров и – как следствие – неравномерного распределения тока по ветвям в первоначальный момент времени, необходимо применять мощные импульсы управления с крутым фронтом, что приводит к уменьшению времени задержки включения тиристора и минимизации влияния этого эффекта на распределение тока по параллельным ветвям;

в схемах, где применяются мощные высоковольтные тиристоры; тиристоры, выполненные на кристаллах больших диаметров (более 56 мм), а также при наличии больших индуктивностей в силовой части, которые ограничивают скорость изменения силового тока, необходимо дополнительно учитывать время распространения включенного состояния тиристора. Это связанно с тем, что мощные тиристоры в первоначальный момент времени включаются в ограниченной области вблизи управляющего электрода, после этого за ограниченное время происходит продольное распространение включенного состояния;

конструктивное расположение параллельных ветвей должно обеспечивать равенство сопротивлений токоведущих шин, включая предохранители;

для всех приборов, входящих в параллельное соединение, условия охлаждения должны быть одинаковы.

Соединяя тиристоры или диоды последовательно, необходимо стремиться к равному распределению блокирующего (прямого и(или) обратного) напряжения как в стационарном состоянии, так и в динамических режимах, а именно – при включении тиристоров и при восстановлении блокирующих свойств во время выключения тиристора или диода. Причины неравномерного распределения блокирующих напряжений могут быть следующие:

Различия утечек в последовательно соединенных приборах вследствие естественного технологического разброса и (или) различных рабочих температур вследствие, например, различных условий охлаждения (к сведению: в среднем изменение температуры на 8°С приводит к изменению утечек в два раза). Перенапряжение возникает на приборах, имеющих меньшее значение тока утечки;

Разброс времени включения отдельных тиристоров, соединенных последовательно в ветви, ведет к перераспределению напряжения между включившимися ранее и включающимися с запозданием тиристорами. Перенапряжение возникает на тиристорах, включающихся с опозданием;

Разброс величин заряда обратного восстановления в последовательно соединенных приборах приводит к тому, что в момент восстановления такие приборы принимают обратное напряжение в различное время. Перенапряжение возникает на тиристорах, имеющих меньший заряд обратного восстановления.

Существуют следующие способы выравнивания распределения блокирующих напряжений:

Для снижения влияния неравномерности токов утечки последовательно включенных СПП используют включение шунтирующих высокоомных резисторов параллельно каждому полупроводниковому прибору (диоду или тиристору). Чем выше требование к выравниванию напряжения в этом режиме, тем меньше должны быть значения шунтирующих резисторов;

Для уменьшения неравномерности распределения блокирующих напряжений, которое возникает из-за разброса значений зарядов обратного восстановления СПП, применяются снабберные RC-цепи, включенные параллельно каждому полупроводниковому прибору. Чем больше значение снабберной емкости, включенной параллельно прибору, тем меньше неравномерности распределения блокирующих напряжений. Однако увеличение емкости – это не всегда рациональный способ, поэтому необходимо подбирать приборы для последовательного соединения по заряду обратного восстановления. Как правило, разброс зарядов принимают равным 5% или 10%.

Для уменьшения разброса времени включения СПП применяют мощные импульсы управления с крутым фронтом, что приводит к уменьшению времени задержки включения тиристора и минимизации влияния этого эффекта на распределение напряжения. Наличие снабберных RC-цепей параллельно каждому прибору оказывает положительное воздействие, так как до момента включения к тиристорам прикладывалось некоторое прямое напряжение, до которого также были заряжены снабберные конденсаторы. Это напряжение в первый момент времени после включения тиристора прикладывается к нему и обеспечивает равномерность распределения напряжения.

▷ Последовательная и параллельная работа тиристоров

Новая статья нашего члена Насира об этих двух типах конфигурации. Не стесняйтесь оставлять комментарий.

Тиристоры – это четырехуровневые устройства, имеющие структуру PN-PN. Как и транзисторы, тиристоры используются в качестве переключателей и считаются идеальными переключателями.

Имеется несколько стандартных номиналов тиристоров. Необязательно, что нам потребуются только тиристоры стандартного номинала. Может быть, время требует каких-то других ценностных компонентов, обеспечивающих другие номинальные значения напряжения и тока, которых нет в наличии?

Для этого мы подключаем тиристоры последовательно или параллельно.Обе конфигурации и их стиль работы будут рассмотрены в этой статье.

Работа тиристоров серии

Как мы знаем, последовательная конфигурация увеличивает номинальное напряжение, а номинальный ток остается прежним. Тиристоры одного типа не имеют одинаковых ВАХ и характеристик выключенного состояния.

Значит, падение напряжения на тиристорах будет неравным. Для решения этой проблемы по умолчанию установлены следующие параметры.

Резисторы подключены к каждому тиристору, чтобы избежать неравномерного распределения напряжения.
Значения резисторов следует выбирать так, чтобы эквивалентные сопротивления тиристора и резистора были одинаковыми.
Для получения наилучших результатов мы можем использовать эту формулу для определения номинала резистора;

Теперь токи в выключенном состоянии будут такими, как показано на рисунке:

Для одновременного срабатывания тиристоров необходимо использовать высокие и крутые пусковые импульсы.

Параллельная работа тиристоров

Если ток нагрузки увеличивается по сравнению с номинальным током одиночного тиристора, используется параллельная конфигурация.Та же проблема возникает и здесь. Ток не распределяется поровну между тиристорами, поскольку характеристики V-I не похожи.

Термический побег

Мощность рассеивается тиристорами, по которым протекает большой ток. Это рассеяние мощности вызывает повышение температуры перехода, что снижает внутреннее сопротивление. Это может повредить тиристор, что называется тепловым разгоном. Температурного разгона можно избежать, выполнив следующие действия:

Должен быть общий радиатор, чтобы тиристоры работали при одинаковой температуре.
Текущее распределение должно быть равным. Для этого можно использовать резисторы или катушки индуктивности последовательно с тиристорами.

Разделение статического тока

При статическом разделении тока используются резисторы

. Когда резисторы используются последовательно, потери могут стать высокими.

Динамическое разделение тока

Для динамического разделения тока в дополнение к резисторам используются индукторы. В случае катушек индуктивности (с магнитной связью), если ток через тиристор T1 увеличивается, в последовательной катушке тиристора T2 индуцируется напряжение противоположной полярности (как в последовательной катушке T1).Для этой цели ток через тиристор увеличивается.

Применение тиристоров

Ниже приведены некоторые основные и наиболее распространенные применения тиристоров. В зависимости от характера приложения может использоваться как параллельная, так и последовательная конфигурация.

Переменный ток регулируется тиристорами
Широко используется в электрических цепях с высокими требованиями к напряжению и току
Их можно использовать как «улучшенные электрические выключатели» для минимизации отказов в источниках питания.
Используются при преобразовании HDTC в переменный ток или из переменного тока в HDTC
Они также используются для преобразования мощности постоянного тока в мощность переменного тока

Это были основы тиристоров при последовательном или параллельном подключении.Мы подошли к различиям в их характеристиках тока и напряжения, а также к тому, как мы можем получить наилучший желаемый выход за счет комбинации различных конфигураций.

В следующей статье мы обсудим некоторые основные типы тиристоров и их применение.

Насир.

Каковы ваши впечатления от этой статьи?

SCR, параллельный

Максимальная мощность, которой может управлять один SCR, определяется его номинальным прямым током и номинальным прямым напряжением блокировки.Чтобы максимизировать один из этих двух рейтингов, другой должен быть уменьшен. Хотя в настоящее время тиристоры доступны с очень высоким номинальным напряжением, во многих приложениях, таких как линии передачи, требуемое номинальное напряжение превышает напряжение, которое может обеспечить один тиристор. Затем необходимо последовательно соединить два или более SCR. Точно так же в приложениях с очень сильным током тиристоры должны быть подключены параллельно. Для высоковольтных и сильноточных приложений используются последовательно-параллельные комбинации тиристоров.

SCR параллельно

Когда ток нагрузки превышает номинальное значение одиночного тиристора, тиристоры подключаются параллельно для увеличения их общей допустимой токовой нагрузки. Если SCR не идеально согласованы, это приводит к неравному распределению тока между ними. На рисунке 1 показаны характеристики V-I двух SCR, SCR ₁ и SCR ₂ . Рейтинги SCR такие же. Когда эти тиристоры соединены параллельно, на них будут равные падения напряжения В _SCR .Однако из-за несоответствия по характеристикам. SCR ₂ проводит номинальный ток ( I ₂ ), а SCR ₁ проводит ток I ₁ , что намного меньше его номинального значения. Общий номинальный ток параллельного подключения составляет всего I ₁ + I ₂ вместо 2l ₂ .

Рисунок 1. Распределение тока между двумя параллельными тиристорами

(a) два параллельных тиристора

(б) характеристики в открытом состоянии

Тиристоры с согласованной парой обычно доступны для параллельного подключения, но они очень дороги.В случае непревзойденного SCR равное разделение тока обеспечивается добавлением резистора или катушки индуктивности с низким сопротивлением последовательно с каждым SCR . Принудительное разделение тока с использованием равных резисторов показано на рисунке 2. Основное требование – сделать ток I ₁ близким к I ₂ ; максимальная разница в 20% допустима для SCR ₂ , значение R может быть получено из.

I ₁ R + V ₁ = I ₂ R + V ₂

R = (V ₁ – V ₂) / (I ₂ – I ₁)

Рисунок 2: Принудительное разделение тока с использованием резистора

Выравнивание с использованием резистора неэффективно из-за дополнительных потерь мощности в резисторе.Более того, резисторы не компенсируют неравное время включения или выключения тринистора. Один из SCR может включаться или выключаться раньше другого. В любом случае включенный SCR должен мгновенно пропускать ток полной нагрузки, пока оба не будут переключены, и он может быть легко поврежден из-за перегрузки. На рис. 3 показан реактор с центральным ответвлением, в котором тиристор, несущий больший ток, будет индуцировать напряжение, пропорциональное дисбалансу тока, и с указанной полярностью. Напряжение в реакторе L1 противодействует прохождению тока, а напряжение в L2 вызывает увеличение тока, протекающего через тиристор, который первоначально нес более низкий ток.В результате достигается сбалансированное распределение тока. Реакторы хоть и дорогие, но более эффективны.

Рис. 3. Распределение тока в SCR с параллельными реакторами

Поскольку основной проблемой в приложениях с высоким током является чрезмерная температура перехода, параметры SCR, используемые параллельно, должны быть снижены как минимум на 15%. Например, два соединенных параллельно тиристора на 50 А могут выдерживать ток только 85 (47,5 + 47,5) А. Кроме того, тиристоры обычно устанавливаются на общем радиаторе для выравнивания температур.

Пример 1

Для схемы на рисунке 2 найдите значение резисторов разделения тока, если В _S = 1000 В, R _L = 1 Ом , а номинальный ток каждого тиристора составляет 700 А. также найдите потери мощности в резисторах.

Решение:

Выбрать

В ₁ = 1,55 В

В ₂ = V1 = 1,45 В

I _L = 1000/1 = 1000A

Перенести один тиристор

I ₁ = 400A

Следовательно

I ₂ = 1000 – 400 = 600A

R = (1.55 – 1,45) / 200 = 0,5 мОм

P _ПОТЕРЯ = (600) ² (0,0005) + (400) ² (0,0005) = 260 Вт

Пример 2

В схеме на Рисунке 2 напряжение источника составляет 500 В, а сопротивление нагрузки – 5 Ом. Два SCR с характеристиками, показанными на Рисунке 1 (b). каждый рассчитан на 70А, подключены параллельно, чтобы разделить ток нагрузки. Найдите номинал резистора, который будет обеспечивать правильное распределение тока. Также найдите падение напряжения на параллельной комбинации и мощность, рассеиваемую резисторами разделения тока.

Решение:

Ток нагрузки

I _L = 500/5 = 100 А

Давайте выберем разницу в токе 15% между двумя тиристорами, так что

I ₂ = 50 + 15 = 65 А

I ₁ = 50-15 = 35 А

По характеристической кривой

В ₁ = 1,6 В

В ₂ = 1,5 В

Следовательно

R = (V ₁ – V ₂) / (I ₂ – I ₁) = (1.6 – 1,5) / (65 – 35) = 3,3 мОм

Падение напряжения на двух резисторах равно

I ₁ R = 35 (0,0033) = 0,12 В

I ₂ R = 65 (0,0033) = 0,22 В

Падение напряжения на параллельной ветви

V ₁ + I ₁ R = V ₂ + I ₂ R

= 1,6 + 0,12 = 1,5 + 0,22 = 1,72 В

Потери мощности в резисторе

I ² ₁ R = 35 ² (0.0033) = 4,1 Вт

I ² ₂ R = 65 ² (0,0033) = 14,1 Вт

Серия

SCR и параллельное соединение

Как сделать последовательное и параллельное соединение SCR?

Во многих приложениях управления мощностью требуемые значения напряжения и тока превышают напряжение и ток, которые могут быть обеспечены одним тиристором. В таких ситуациях требуется, чтобы тиристоры были подключены последовательно или параллельно, чтобы удовлетворить требованиям.Иногда, даже если необходим требуемый рейтинг, используется несколько соединений по причинам экономии и легкой доступности SCR с более низким рейтингом.

Как и любое другое электрическое оборудование, характеристики / свойства двух тиристоров одной марки и номиналов никогда не совпадают, и это приводит к определенным проблемам в цепи. Несоответствие SCR связано с различиями в

(i) время включения

(ii) выключение время

(iii) ток утечки в прямом направлении

(iv) ток утечки в обратном направлении и

(в) восстанавливающееся напряжение.

Последовательное соединение SCR Подключение серии SCR

Когда требуемое номинальное напряжение превышает номинальное напряжение SCR, необходимо последовательно подключить несколько SCR для разделения прямого и обратного напряжения. Поскольку невозможно получить тиристоры с полностью идентичными характеристиками, отклонения в характеристиках приводят к следующим двум основным проблемам при последовательном соединении тиристоров:

(i) Неравномерное распределение напряжения на тиристорах.

(ii) Разница в характеристиках извлечения.

Необходимо следить за тем, чтобы напряжение распределялось поровну. В установившемся режиме разделение напряжения достигается за счет использования сопротивления или стабилитрона, подключенного параллельно к каждому тиристору. Для распределения переходного напряжения на каждом тиристоре последовательно размещаются низкоиндуктивный резистор и конденсатор, как показано на рисунке. Диоды D ₁ включены параллельно резистору R _l, _{помогают в динамической стабилизации.Эта схема уменьшает разницу между напряжениями блокировки двух устройств в допустимых пределах. Кроме того, цепь R-C может также выполнять функцию «демпферной цепи» . Значения R ₁ и C ₁ могут быть в первую очередь рассчитаны для демпфирующей цепи, а также может быть произведена проверка выравнивания. Если ΔQ – это разница в восстановительном заряде двух устройств, возникающая из-за разного тока восстановления за разное время, а ΔV – допустимая разница в напряжении блокировки}

, затем C ₁ = ΔQ / ΔV.

Значение сопротивления R _x должно быть достаточным для чрезмерного демпфирования цепи.

Поскольку конденсатор C ₁ может разряжаться через SCR во время включения, может наблюдаться чрезмерное рассеивание мощности, но ток переключения от C ₁ ограничен резистором R ₁ Это сопротивление также служит для с целью подавления «звона», который представляет собой колебание C ₁ с индуктивностью цепи во время коммутации.Все тиристоры, соединенные последовательно, должны включаться одновременно, когда на их затворы одновременно подаются сигналы.

Параллельное соединение SCR

Параллельное соединение тиристоров

Когда ток нагрузки превышает номинальный ток тиристора, тиристоры подключаются параллельно для распределения тока нагрузки. Но когда SCR работают параллельно, распределение тока между ними может быть неправильным. Устройство, имеющее более низкое динамическое сопротивление, будет иметь больший ток.Это повысит температуру этого конкретного устройства по сравнению с другим, тем самым уменьшив его динамическое сопротивление и увеличив ток через него. Этот процесс является кумулятивным и продолжается до прокола устройства.

Некоторые другие факторы, которые прямо или косвенно усугубляют эту проблему, – это разница во времени включения, времени задержки, напряжении на пальце * и индуктивности контура. Расположение SCR в шкафу также играет жизненно важную роль. Когда тиристоры соединены параллельно, необходимо обеспечить, чтобы уровень тока фиксации всех тиристоров был таким, чтобы при подаче импульса затвора все они включались и оставались включенными после удаления импульса затвора.Кроме того, токи удержания устройств не должны сильно отличаться, чтобы при пониженном токе нагрузки одно из устройств отключалось из-за падения тока через него с превышением его значения тока удержания. Это особенно важно, потому что при увеличении тока нагрузки устройство, которое перестало проводить, не может запуститься при отсутствии стробирующего импульса.

Еще один момент, который следует учитывать, – это напряжение в открытом состоянии на устройстве. Для равного распределения токов устройствами падение напряжения на параллельных путях должно быть одинаковым.Для работы всех параллельно включенных тиристоров при одинаковой температуре становится необходимым использовать общий радиатор для их монтажа, как показано на рисунке. Компенсация сопротивления, используемая для цепей постоянного тока, показана на рисунке. В этой схеме резисторы R _x и R ₂ выбраны так, чтобы вызвать одинаковое падение напряжения в обоих плечах. Индуктивная компенсация, используемая для цепей переменного тока, показана на рисунке. Разницу в характеристиках из-за разного времени включения, времени задержки, напряжения пальца, тока фиксации, тока удержания можно минимизировать с помощью индуктивной компенсации.Цепи зажигания, дающие высокую скорость нарастания, могут использоваться для уменьшения несоответствия характеристик затвора и времени задержки.

Цепи разделения тока должны быть спроектированы так, чтобы равномерно распределять ток при максимальной температуре и максимальном анодном токе. Это сделано для того, чтобы устройства распределяли ток поровну при наихудших условиях эксплуатации. Механическое расположение SCR также играет важную роль в уменьшении несоответствия. Цилиндрическая конструкция, пожалуй, лучшая с этой точки зрения.

Снижение номинальных характеристик. Даже с учетом всех принятых мер, желательно снизить номинальные параметры устройства для последовательной / параллельной работы. Другой причиной снижения номинальных характеристик является плохое охлаждение и отвод тепла, поскольку несколько устройств работают в одной ветви цепи.

Нормальные коэффициенты снижения номинальных характеристик при параллельном подключении тиристоров составляют от 10 до 15% в зависимости от количества устройств, подключенных параллельно. При последовательном соединении тиристоров используется более высокий коэффициент безопасности по напряжению.

Параллельное соединение SCR и связанные с ним проблемы

Когда ток нагрузки превышает допустимую нагрузку на одиночный тиристор, два или более тиристора подключаются параллельно, образуя цепочку.При параллельном подключении SCR ожидается, что отдельный SCR будет делить ток нагрузки поровну, и, следовательно, эффективность цепочки равна единице. Но есть разные факторы, из-за которых эффективность струны меньше единицы. Мы обсудим этот аспект позже в этом посте.

Условия для параллельного подключения SCR:

Ниже приведены необходимые условия для удовлетворительного параллельного подключения SCR и его работы:

Давайте теперь обсудим каждое из вышеперечисленных условий отдельно.

Влияние характеристик V-I на параллельную работу SCR:

Давайте рассмотрим цепочку из двух параллельно соединенных тиристоров и их характеристики V-I, как показано ниже.

Когда оба тиристора / тиристора находятся в режиме прямой проводимости, прямое падение напряжения на них будет одинаковым. Пусть это прямое падение напряжения составляет V _T, когда и SCR1, и SCR2 являются проводящими.

Внимательно следите за характеристиками V-I SCR1 и SCR2.Можно видеть, что для напряжения V _T ток, протекающий через SCR1, равен I ₁, тогда как для SCR2 равен I ₂. I ₂ очень мало по сравнению с I ₁. Это означает, что токи, разделяемые SCR, не равны. SCR1 пропускает больший ток I1, тогда как SCR2 пропускает меньший ток I ₂. В идеале оба тиристора должны пропускать ток, равный I ₁, но неравное распределение тока возникает только из-за разницы в их характеристиках V-I.

Следовательно, общий ток нагрузки будет (I ₁ + I ₂) вместо 2I ₁. Таким образом, эффективность строки для этого параллельного соединения SCR будет равна

Эффективность струны

= (I ₁ + I ₂) / 2I ₁

= 0,5 [1+ (I ₂ / I ₁)]

Таким образом, мы видим, что эффективность струны меньше единицы из-за различия вольт-амперных характеристик SCR, включенных параллельно в струну.

Влияние динамических характеристик на параллельную работу SCR:

Различные динамические характеристики SCR приводят к разному времени выбега и выключения. Предположим, что время включения SCR1 больше, чем SCR2. Когда SCR запускаются или закрываются одновременно, SCR2 включается раньше. Что будет потом?

Поскольку тиристор 2 является проводящим, падение напряжения на нем упадет до _В. Поскольку SCR1 и SCR2 подключены параллельно, напряжение на них будет одинаковым.Это означает, что напряжение на SCR2 станет V _T, когда SCR2 начнет проводить. Поскольку VT намного меньше, SCR1 не может быть включен, даже если он стробирован. Это связано с тем, что существует термин, называемый напряжением пальца , который представляет собой минимальное напряжение на тиристоре, которое должно существовать для перевода его в режим прямой проводимости при стробировании. Поскольку VT может быть меньше напряжения пальца, он может не перейти в режим прямой проводимости даже после стробирования. Итак, подумайте, почему это произошло? Это произошло только потому, что время включения SCR1 было больше, чем время включения SCR2.В таком случае SCR2 разделит весь ток, может перегреться и привести к последующему повреждению.

Влияние разной температуры параллельно подключенного тиристора:

Если один раз SCR1 в параллельном блоке пропускает больше тока, чем другие SCR, тогда этот SCR будет иметь более высокую температуру перехода. Согласен? В результате уменьшится его динамическое сопротивление. Это уменьшение динамического сопротивления вызовет увеличение тока, протекающего через этот тиристор 1.Это снова приведет к увеличению температуры перехода и последующему снижению динамического сопротивления. Это уменьшение динамического сопротивления приведет к дальнейшему увеличению тока через SCR1. Таким образом, этот процесс является кумулятивным и в конечном итоге приведет к повреждению SCR1 из-за чрезмерной температуры перехода. После повреждения SCR1 это явление может охватить другие SCR, подключенные в параллельную цепочку, и разрушить их.

Таким образом, очень важно, чтобы все параллельно подключенные тиристоры работали при одинаковой температуре.Для этого мы должны установить их на одном радиаторе.

Влияние установки SCR на радиатор:

Неравное распределение тока в параллельно подключенных тиристорах может также возникнуть из-за несимметричного монтажа на радиаторе. Давайте разберемся в этом с помощью рисунка, показанного ниже.

При несимметричном монтаже средний проводник 2 будет иметь максимальную связь магнитного потока из-за наличия двух соседних проводников 1 и 3. Это приведет к тому, что провод 2 будет иметь максимальную индуктивность среди трех проводников.Следовательно, ток, протекающий через средний проводник 2, будет ниже по сравнению с остальными проводниками 1 и 3. Эту проблему неравномерного распределения тока из-за несимметричного расстояния можно легко решить, установив все тиристоры симметрично. Симметричный монтаж вызовет равную магнитную связь всех проводников 1, 2 и 3 и, следовательно, равную индуктивность. Следовательно, ток во всех тиристорах будет одинаковым.

Параллельная работа тиристоров – INFO4EEE

Для некоторых промышленных приложений требования к номинальному току настолько высоки, что один тиристор не может удовлетворить такие требования.Следовательно, тиристоры подключаются параллельно, как показано на рис. 1а, чтобы удовлетворить потребность в высоком токе (ВС).

КПД струны = Фактический номинальный ток всей струны / (Индивидуальный номинальный ток одного тиристора x количество тиристоров в струне)

Коэффициент снижения мощности (DRF) = КПД 1 струны

КПД струны – это степень использования SCR и коэффициента снижения мощности является мерой надежности струны.

ВАХ

Для равномерного распределения токов ВАХ SCR при прямой проводимости должны быть идентичными, насколько это возможно.

Для параллельно подключенных тиристоров падение напряжения VT на них должно быть одинаковым.
ВАХ показывает, что при одинаковом падении напряжения VT, SCR1 разделяет номинальный ток I1, тогда как SCR2 передает ток I2.
Эффективность цепочки = (I1 + I2) / (I1 * 2) = (1/2) * (1 + I2 / I1)

Неравномерное распределение тока и другие проблемы, связанные с параллельной работой SCR, обсуждаются ниже. :

Одновременное включение

Рассмотрим n параллельно подключенных тиристоров.Для удовлетворительной работы этих тиристоров они должны включаться одновременно.

Пример: Учтите, что SCR1 имеет большое время включения, тогда как оставшиеся (n-1) SCR имеют низкое время включения.
Согласно этому предположению, (n-1) SCR включится первым, но один SCR1 с более длительным временем включения, скорее всего, останется выключенным.
Падение напряжения на (n-1) SCR падает до низкого значения, поэтому SCR1 подвергается воздействию этого низкого напряжения.
Как следствие, оставшийся (n-1) тиристор должен разделить весь ток нагрузки.

То же повышение температуры

Если один тиристор 1 в параллельном блоке пропускает больший ток, чем другие тиристоры, тогда этот тиристор 1 будет иметь большее повышение температуры перехода.
В результате его динамическое сопротивление (dVT / dIa) во время прямой проводимости уменьшается, и это дополнительно увеличивает ток, разделяемый этим SCR.

RD при I ‘= oa / ab и RD при I “= oa / ac
Ток изменяется с I’ на I” из-за повышения температуры перехода.
Следовательно, когда тиристоры должны работать параллельно, они должны работать при одинаковой температуре.
Этого можно достичь, установив параллельный блок на один общий радиатор.

Равномерное разделение тока

Разделение тока в параллельно подключенных тиристорах можно сделать единообразным путем подключения подходящего внешнего сопротивления последовательно с каждым тиристором.

RT1 + R1 = RT2 + R2 = RTn + Rn (где: RTn – внешнее сопротивление, а Rn – динамическое сопротивление)

Симметричное расположение

Неравномерное распределение тока в параллельном блоке также вызвано индуктивным действием токоведущих проводников .

Когда тиристоры расположены асимметрично, средний проводник будет иметь большую индуктивность из-за большего количества магнитных связей от двух соседних проводников.
Как следствие, через средний тиристор протекает меньший ток по сравнению с двумя внешними тиристорами.

Чтобы избежать неравномерного распределения тока, используется симметричное расположение.

Реактор средней точки

В цепях переменного тока распределение тока можно сделать более равномерным за счет магнитной связи параллельных цепей.

Точка отвода A – это средняя точка реактора.
Когда I1> I2, потокосцепление вызывает ЭДС в L1 и L2.
ЭДС в реакторе L1 противодействует потоку I1, тогда как ЭДС в L2 способствует потоку I2.
Таким образом, существует тенденция понижать I1 и повышать I2, чтобы минимизировать разбаланс токов в параллельном блоке.

Ссылка

Д-р П. С. Бимбра, «Силовая электроника», издательство Khanna Publishers, пятое издание, 2013 г.

SCR Параллельная работа – Силовая электроника от А до Я

SCR Учебное пособие по параллельной работе – Как тиристоры работают в параллельном режиме?

Введение:

тиристоры подключаются параллельно для удовлетворения высоких требований по току.
В этом посте мы рассмотрим параллельную работу тиристоров и связанные с этим проблемы, а также схему выравнивания для них. Мы рекомендуем прочитать Основы работы с тиристорами, прежде чем продолжить. Щелкните здесь, чтобы узнать больше об основах SCR.

Когда ток, требуемый нагрузкой, превышает номинальный ток одиночного тиристора, тиристоры подключаются параллельно в цепочку.

Например, ток в цепи 100А.
Но у нас есть SCR с номинальным током 60А.
Мы можем решить эту проблему, подключив два тиристора параллельно, так что каждый тиристор будет пропускать только ток 100/2 = 50A. Характеристики VI для параллельно подключенных тиристоров:

Характеристики VI должны быть идентичными, насколько это возможно, для параллельного подключения тиристоров.
Для правильной работы этих параллельно подключенных тиристоров они должны включаться одновременно.
Мы можем понять это с помощью следующего обсуждения. Рассмотрим n параллельно подключенных тиристоров.
Для удовлетворительной работы этих тиристоров они должны включаться одновременно. Учтите, что SCR1 имеет большое время включения, тогда как оставшиеся (n-1) SCR имеют низкое время включения.
Согласно этому предположению, (n-1) SCR включатся первыми, но один SCR1 с более длительным временем включения должен оставаться выключенным.
Падение напряжения на (n-1) SCR падает до низкого значения, и SCR1 теперь подвергается этому низкому напряжению.
Если напряжение на SCR1 упадет ниже напряжения пальца, этот SCR не включится.
Таким образом, оставшиеся (n-1) тиристоры должны будут разделить весь ток нагрузки. Следовательно, эти тиристоры могут быть перегружены и повреждены из-за нагрева, вызванного перегрузкой по току.

Что подразумевается под напряжением пальца?

Для заданной мощности управления затвором анод к катоду должен иметь некоторое минимальное прямое напряжение для включения тиристора. Это конкретное напряжение известно как напряжение пальца.

Мы должны убедиться, что параллельно подключенные тиристоры должны работать при одинаковой температуре.

Этого можно достичь, установив параллельный блок на один общий радиатор.
Неравномерное распределение тока в параллельном блоке также вызвано индуктивным действием токоведущих проводников.
Когда тиристоры расположены несимметрично, средний проводник будет иметь большую индуктивность из-за большего количества магнитных связей от двух соседних проводников.
В результате через средний тиристор протекает меньше тока по сравнению с двумя внешними тиристорами.
Неравномерного распределения тока можно избежать, установив тиристоры симметрично на радиаторе.
В цепях переменного тока распределение тока можно сделать более равномерным за счет магнитной связи параллельных цепей.

Переключение параллельно подключенных тиристоров:

При параллельном включении переключателей, первым включившимся, на мгновение будет протекать полный ток.
При выключении последний выключенный будет иметь полный ток через него.
Очевидно желательно включать и выключать все переключатели одновременно.
Цепи затвор-катод не будут идентичными, и для компенсации этого в цепи затвора каждого переключателя может быть подключено последовательное сопротивление.
Это приведет к уменьшению разброса затворных токов.
Простая схема затвора для параллельных переключателей показана на рисунке выше.

Подробнее о тиристорах:
Методы включения тиристоров
Методы выключения тиристоров
Требования к цепи срабатывания тиристоров
Руководство по эксплуатации серии тиристоров
Пожалуйста, оставьте свои комментарии ниже….

Параллельная работа тиристора или тиристора со схемой выравнивания

Параллельная работа тиристоров связана с требованием параллельного подключения нескольких тиристоров, работой тиристоров в параллельной конфигурации и факторами, которые необходимо учитывать при включении нескольких тиристоров .

Необходимость параллельного подключения SCR

При обсуждении последовательной работы тиристора мы уже обсуждали, что в настоящее время доступные тиристоры составляют 10 кВ и 3 кА для напряжения и тока соответственно. Но иногда даже такие высокие значения отдельных тиристоров не подходят для высоких значений тока и напряжения схемы. Это означает, что в некоторых приложениях требуется более высокий номинальный ток или напряжение, чем тот, который предлагается одним тиристором.

Требование высокого напряжения для цепи, превышающей номинальное значение одиночного тиристора, достигается последовательным соединением тиристора, которое мы обсуждали в предыдущем содержании.

Необходимость параллельного включения тиристора возникает всякий раз, когда нагрузка схемы требует большего тока, чем номинальное значение тока одиночного тиристора (SCR). Проще говоря, мы можем сказать, что параллельное соединение требуется, когда нагрузка цепи требует тока, превышающего номинальное значение тока одиночного тиристора.Это означает, что для разделения большого значения тока нагрузки различные тиристоры подключаются в параллельную конфигурацию.

Следовательно, для достижения более высокого значения тока, чем фактическое номинальное значение одного тиристора, различные тиристоры подключаются параллельно, образуя цепочку.

Подобно последовательному соединению тиристора, здесь также для обеспечения равного распределения общего тока между тиристорами, присутствующими в цепочке, их соответствующие ВАХ должны быть идентичными в режиме прямой проводимости.Таким образом, в конфигурации должны быть подключены тиристоры одной категории.

Эффективность струны является важным параметром при параллельном подключении SCR и определяется как:

Это мера эффективного использования SCR, подключенных в параллельной конфигурации, обычно меньше 1. Причина его значения меньше единицы заключается в том, что, хотя SCR в конфигурации принадлежат к одному классу, между ними существуют некоторые различия. относительно номиналов и спецификаций, что приводит к неравномерному распределению тока между параллельно подключенными тиристорами.В результате эффективность струны никогда не может быть равна 1.

Теперь возникает вопрос, почему один и тот же класс тиристоров показывает различие в характеристиках, тем самым обеспечивая неравное распределение тока .

Итак, в основном в конфигурации устройство с более низким значением динамического сопротивления разделяет большее значение тока. Температура этого конкретного SCR будет сравнительно выше, чем у другого, имеющего более высокое динамическое сопротивление.Повышение температуры приводит к дальнейшему снижению динамического сопротивления, тем самым увеличивая ток. Этот кумулятивный процесс происходит до тех пор, пока устройство не будет повреждено.

Аналогично этому, такие факторы, как разница во времени включения, времени задержки, напряжения на пальце и т. Д., Вызывают затруднения в работе устройства. Хотя в этой конфигурации параллельно добавляются различные тиристоры, они должны иметь одинаковое значение тока фиксации, то есть должны включаться одновременно, а также должны оставаться в выключенном состоянии даже после удаления стробирующего импульса.Кроме того, их токи удержания не должны сильно изменяться, поскольку при уменьшении тока нагрузки одно из параллельно подключенных устройств в цепочке отключается, когда ток падает ниже соответствующего значения тока удержания.

Однако, как только устройство выключится, то даже при увеличении тока непроводящее устройство не включится до тех пор, пока не будет применен импульс временного строба.

Работа параллельно подключенного SCR

До сих пор у нас была основная идея, что когда ток, требуемый для схемы, становится больше, чем номинальный ток, предлагаемый одним тиристором, тиристоры включаются в параллельную конфигурацию.Чтобы общий ток равномерно распределялся между тиристорами, они должны обладать схожими ВАХ.

На рисунке ниже показано параллельное соединение двух тиристоров, падение напряжения на которых V _T должно быть одинаковым, чтобы они могли разделять равный ток.

Посмотрите характеристики прямой проводимости тиристоров с падением напряжения V _T.

Из рисунка видно, что SCR ₁ имеет номинальное значение тока I ₁, тогда как SCR ₂ передает ток I ₂, значение которого значительно меньше, чем I ₁.Номинальный ток цепи составляет 2I ₁, но общий ток, который будет выдерживать блок, равен I ₁ + I ₂.

Следовательно, в этом случае эффективность струны будет выражена как:

Здесь следует отметить, что для правильной работы SCR мы должны поддерживать ту же температуру, для которой требуется общий радиатор во время установки.

Теперь давайте разберемся, как добиться равномерного распределения тока. Чтобы поддерживать постоянный ток на каждом параллельно подключенном тиристоре, к каждому тиристору необходимо последовательно подключить соответствующее значение внешнего сопротивления.

На рисунке ниже наглядно показано то же самое:

Здесь следует отметить, что R ₁, R ₂, —- R _n соответствует внешним сопротивлениям, а R _T1, R _T2, -R _Tn – динамическим сопротивлениям различные тиристоры, присутствующие в конфигурации. Чтобы уравновесить ток, протекающий через каждый тиристор, величина внешних сопротивлений, т.е. R ₁, R ₂, —-, R _n, выбирается таким образом, что R _T1 + R ₁ = R _T2 + R ₂ = —–R _Tn + R _n .

Иногда наблюдается неравномерное распределение тока между параллельно подключенными тиристорами из-за индуктивного эффекта, создаваемого проводниками, по которым протекает ток в данной конфигурации. В основном, когда тиристоры расположены несимметрично, как показано ниже:

Тогда в этом случае по сравнению с двумя проводниками, присутствующими на двух концах, центральный будет иметь большую индуктивность, так как он будет иметь магнитную связь с двумя другими проводниками.По этой причине через тиристор, расположенный в центре, будет протекать сравнительно меньшее значение тока, чем через два внешних. Чтобы решить эту проблему, тиристоры расположены симметрично на радиаторе, как показано ниже:

Когда мы имеем дело с цепями переменного тока, то распределение тока можно выровнять с помощью реакторов, которые обеспечивают магнитную связь параллельного пути, как показано ниже:

Здесь реактор имеет среднюю точку A, поэтому для анодного тока I ₁ + I ₂ поток, генерируемый в двух половинах реактора, будет противодействовать друг другу.Однако этот встречный поток будет аннулирован, из-за чего падение напряжения на реакторе составит 0.

В случае, когда I ₁> I ₂ , тогда общая магнитная связь не будет равна 0, несмотря на то, что связанный поток будет индуцировать ЭДС L ₁ и L ₂ через две половины реактора.