Параллельное соединение полупроводниковых приборов
При параллельном соединении необходимо обеспечивать равномерное распределение прямого тока в статическом и переходных режимах. Эта задача достаточно просто решается в диодных схемах, поскольку характеристики приборов имеют не слишком большой разброс. Значительно сложнее решить ее при использовании транзисторов и тиристоров.
Используются два пути выравнивания тока при параллельном соединении: подбор приборов одного типа с одинаковыми характеристиками и принудительное деление тока с помощью дополнительных электротехнических устройств.
Процентное выражение недоиспользования нагрузочной способности силовых полупроводниковых приборов (СПП) при параллельном соединении из-за неравномерности деления тока определяется по формуле
, (8.1)
где I – результирующий прямой ток параллельного соединения;
a – число параллельных приборов;
– максимально допустимый ток одного прибора.
Из выражения (8.1) можно получить максимально допустимый ток прибора при заданной неравномерности деления тока:
. (8.2)
Обычно допускается недоиспользование нагрузочной способности не более 101%. При этом в тяговых преобразователях применяют способ подбора приборов с разбросом напряжения не более 0,02 В.
Чем меньше допустимый процент снижения нагрузочной способности, тем дороже установка, так как подбор приборов с идентичными характеристиками очень трудоемок. Увеличение допустимой неравномерности приводит к чрезмерному завышению установленной мощности приборов в групповом соединении. Поэтому часто вместо подбора приборов прибегают к принудительному делению тока.
Если разброс значений тока не должен превосходить 10 %, то следует использовать внешние делители тока. Могут использоваться активные и индуктивные делители.
Применение активных делителей (рис. 8.2, а) эффективно, но мощность, выделяющаяся в них, может быть значительной. Например, при IF = 190 А, х1= 10 %, IF1 = 100 А, IF2 = 90 А, UF1 = 1,6 В, UF2 = 1,7 В уравнение равновесия в цепи имеет вид u + 100 R = 1,7 + 90 R, откуда R = 0,01 Ом. Мощность потерь в резисторах РR = 0,01 (1002 + 902) = 181 Вт.
Поэтому в мощных преобразователях больше распространен способ деления тока индуктивными делителями. Как правило, индуктивный делитель представляет собой тороидальный магнитопровод, сквозь окно которого пропущены токоведущие шины таким образом, чтобы МДС, создаваемые токами IF1 и IF2 (рис. 8.2, б), действовали встречно. В подавляющем большинстве случаев применяют одновитковые делители – наиболее простые по своей конструкции.
Если токи IF1 и IF2 равны, то результирующий магнитный поток в сердечнике равен нулю, и учитывается только активное сопротивление. Если же токи различны, то возникает нескомпенсированный магнитный поток, вызывающий компенсирующую ЭДС в обмотках дросселя, приводящую к выравниванию токов. В индуктивных делителях потери незначительны, но усложнена конструкция преобразователя.
а б
Рис 8.2. Схемы выравнивания прямых токов при параллельном включении полупроводниковых приборов
Индуктивные делители при числе параллельных приборов более двух могут включаться по разным схемам: в замкнутую цепь, с задающим прибором, с общим витком.
С учетом того что способ подбора приборов трудоемок, активные делители не экономичны, а индуктивные громоздки. При конструировании преобразователя задачу деления тока решают на основе технико-экономического обоснования для конкретных условий.