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 I_F = 190 А, х1= 10 %, I_F1 = 100 А, I_F2 = 90 А, U_F1 = 1,6 В, U_F2 = 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 Р_R = 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 I_F1 и I_F2 (рис. 8.2, б), действовали встречно. В подавляющем большинстве случаев применяют одновитковые делители – наиболее простые по своей конструкции.

Если токи I_F1 и I_F2 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.