Групповое соединение силовых приборов.
Во многих случаях в системах приходится использовать групповое соединение силовых полупроводниковых приборов. Также последовательное или параллельное соединение силовых полупроводниковых приборов используются для повышения надежности систем, в которых выход из строя отдельного силового прибора не должен вызвать нарушения работы всей системы.
Различие вольт-амперных характеристик приборов, соединенных в группу последовательно или параллельно, приводит к тому, что отдельные приборы будут перегружаться по току (при параллельном соединении) или по напряжению (при последовательном соединении).
Последовательное соединение силовых приборов.
Параллельное соединение силовых приборов.
 (812) 331-96-57 |
наверх страницы |  kronek.ltd@gmail.com |
Последовательное соединение силовых приборов.
Рис.1. Неравномерность распределения напряжений, приложенных к силовым полупроводниковым приборам
при последовательном соединении.
При приложении обратного напряжения uR через оба силовых прибора (рис. 1) протекает один и тот же ток, но, вследствие различных вольт-амперных характеристик, к этим приборам будут приложены различные обратные напряжения (uR1 > uR2). Это надо в обязательном порядке учитывать при проектировании систем с последовательно включенными силовыми приборами, т.к. uR1 может оказаться больше максимально допустимого значения.
В еще более тяжелых условиях оказываются последовательно включенные тиристоры. В динамических режимах к тиристору с меньшим временем восстановления запирающей способности будет прикладываться напряжение всей цепи, вследствие чего может произойти его самопроизвольное включение или пробой структуры.
Поэтому последовательное соединение силовых полупроводниковых приборов требует, как правило, применения специальных устройств, обеспечивающих равномерное деление напряжения между отдельными приборами.
При последовательном соединении на приборах с меньшим обратным током или током в закрытом состоянии падает большая часть напряжения. При этом наибольший разбаланс напряжений получается в том случае, если один прибор имеет наименьший обратный ток, а остальные – наибольший. С целью выравнивания напряжения на отдельных приборах параллельно каждому из них включается шунтирующий резистор Rш, сопротивление (Ом) которого может быть взято из расчета:
где n – число последовательно включенных приборов; U – наибольшее допустимое напряжение на приборе, В;
Um – наибольшее напряжение на ветви с последовательно включенными приборами, В;
IRm – наибольший обратный ток (ток в закрытом состоянии) в амплитудных значениях, А.
Мощность шунтирующих резисторов, Рш, может быть рассчитана по известному действующему значению напряжения UTRSM, В, на этом резисторе:
Для выравнивания напряжения на последовательно включенных управляемых приборах в переходных режимах параллельно этим приборам включаются конденсаторы, емкость, мкФ, которых ориентировочно определяется по формуле:
где n – число последовательно включенных приборов;
∆Qrr – наибольшая возможная разность зарядов восстановления последовательно включенных приборов, Кл;
U – наибольшее допустимое напряжение на приборе, В;
Еk – наибольшее напряжение, прикладываемое к цепи последовательно включенных приборов, В.
Параллельно включенные конденсаторы, эффективно выравнивая напряжения на приборах в переходных режимах, вместе с тем увеличивают ток в открытом состоянии на интервале отпирания. Эти токи можно ограничить демпфирующими резисторами Rд, включенными последовательно с конденсаторами. Сопротивление этих резисторов должно быть как можно меньшим. Здесь не приводится методика расчета сопротивления демпфирующего резисторы. Обычно оно имеет порядок нескольких десятков Ом.
Для ограничения скорости нарастания напряжения в закрытом состоянии, которая может вызвать самопроизвольное включение тиристора, параллельно демпфирующим резисторам включаются диоды Дд, которые должны иметь возможно меньшее время восстановления запирающих свойств в обратном направлении (рис. 2).
Рис. 2. Схема включения RC – цепочек для ограничения перенапряжений.
Выравнивание напряжения может быть осуществлено также с помощью лавинных диодов или стабилитронов, включенных параллельно тиристорам (рис. 3, а). Наибольшее напряжение лавинообразования этих диодов должно быть равно или немного меньше напряжения переключения тиристоров. Кроме того, эти приборы должны иметь как можно меньший разброс по напряжению пробоя.
Рис. 3. Схемы для ограничения перенапряжений.
Если нужно выравнивать и прямое и обратное напряжение, то применяется схема, приведенная на рис. 3, б. В случае не очень жестких требований к разбросу обратных напряжений один лавинный диод можно заменить обычным (рис. 3, в).
(812) 331-96-57 |
наверх страницы | kronek.ltd@gmail.com |
Вернуться к «Последовательное соединение силовых приборов»
Параллельное соединение силовых приборов.
Рис 4. Неравномерность распределения токов, проходящих через силовые
полупроводниковые приборы при параллельном соединении.
Через силовой полупроводниковый прибор, имеющий прямую вольт-амперную характеристику «1» (рис.4), будет протекать ток i1, который может оказаться значительно больше тока i2, протекающего через силовой полупроводниковый прибор, имеющий вольт-амперную характеристику «2» при одинаковом прямом напряжении на обоих приборах, равном uF.
В еще более тяжелых условиях оказываются параллельно соединенные тиристоры. В динамических режимах, тиристор, имеющий наименьшее время включения, будет воспринимать на себя весь ток главной цепи, что может привести к выходу силового полупроводникового прибора из строя.
Поэтому параллельное соединение силовых полупроводниковых приборов требует, как правило, применения специальных устройств, обеспечивающих равномерное деление тока между отдельными приборами.
Наиболее распространенным способом выравнивания токов между параллельно соединенными приборами является применение индуктивных делителей тока.
Обычно индуктивный делитель тока выполняется в виде тороидального витого магнитопровода, сквозь окно которого пропущены токоведущие шины таким образом, чтобы МДС, создаваемые токами, протекающими в этих шинах, действовали навстречу друг другу.
Рис 5. Способы включения индуктивных делителей тока.
а) – замкнутая цепь; б) – схема с задающим диодом;
в) – схема с общим витком.
На рис. 5 приведены схемы индуктивных делителей тока, получивших наибольшее распространение.
Эффективность делителей тока определяется в основном сечением магнитопровода (имеются в виду одновитковые делители). Для выбора оптимальных размеров рекомендуется рассчитать сечение (в м2) магнитопровода:
где ΔUFM – разбаланс прямого напряжения (напряжения в открытом состоянии), В;
В0 – остаточная индукция стали магнитопровода, Тл;
В1 – индукция, Тл, соответствующая напряженности Н1;
ΔI – допустимый разбаланс тока в параллельных ветвях (в средних значениях), А;
lµ — средняя длина магнитной линии стали магнитопровода, м;
f – частота импульсов тока, Гц;
m – скважность импульсов тока; w – число витков токоведущих проводов.
Значение Н1 можно найти по кривой намагничивания, взяв точку на начальном участке области насыщения. Минимальная длина магнитного пути (средней линии)
Наименьшие габариты делителей получаются при следующих условиях:
а) подборе приборов с минимальным разбросом по прямому падению напряжения;
б) уменьшении средней длины магнитной линии;
в) увеличении числа рабочих витков;
г) увеличении допустимого разбаланса токов;
д) увеличении отношения (В1– В0)/Н1.
Последнее достигается либо введением воздушного зазора, либо применением постоянного подмагничивания. Воздушный зазор увеличивает длину прямолинейного участка кривой намагничивания и, соответственно, В1 – В0, а постоянное подмагничивание смещает рабочий участок в область отрицательной индукции, что эквивалентно предыдущему. Подобные решения могут иметь место при конструировании делителей для работы на малых частотах (менее 50 Гц).
В подавляющем большинстве случаев применяют одновитковые делители, удобные в конструктивном отношении. Для изготовления такого делителя магнитопровод с пропущенными в его окно двумя токоведущими шинами заливается эпоксидным компаундом, так чтобы остались неизолированными концы шин для подключения в схему.
Расчет индуктивных делителей тока для параллельного соединения управляемых приборов должен учитывать возможный разброс по времени включения отдельных приборов, обуславливающий дополнительный ток разбаланса, который возрастает с увеличением разброса углов управления.
Что касается выбора способа включения индуктивных делителей тока, то при числе параллельных приборов менее шести целесообразно применять «замкнутую цепь» (рис. 2, а), т.к. при этом обеспечивается минимальный разбаланс токов. Если число параллельно включенных приборов больше шести, то рекомендуется применять схему «с задающим диодом» или «с общим витком», что определяется возможностями конструктивной компоновки вентильного блока.
(812) 331-96-57 |
наверх страницы | kronek.ltd@gmail.com |
Вернуться к:
«Последовательное соединение силовых приборов»
«Параллельное соединение силовых приборов»
Заказ продукции и условия поставки.