Групповое соединение тиристоров

Если значение тока в открытом состоянии или напряжения в закрытом состоянии превышает предельно допустимое для данного тиристора, рекомендуется применение более мощного или высоковольтного тиристора, их параллельное или последовательное соединение.

При параллельном соединении расчетное значение прямого тока одного тиристора должно быть снижено по сравнению с допустимой нормой с учетом возможного разбаланса токов.

Если параметры вольт-амперной характеристики в открытом состоянии тиристоров отличаются более чем на 10 %, то для выравнивания токов у параллельно включенных тиристоров используют резисторы, включаемые последовательно с тиристором, или индуктивные делители тока.

Сопротивление последовательно включенного резистора рассчитывается по формуле

, (43.5)

где U_ос.и – импульсное напряжение в открытом состоянии, В; – максимально допустимый импульсный ток в открытом состоянии, А; I_н – ток нагрузки, А; п – число тиристоров.

Резистивные делители тока могут быть использованы при малых значениях тока в нагрузке, так как при их применении снижается КПД устройства.

Индуктивные делители тока более эффективны в особенности при относительно низких напряжениях источников питания или преобразователей. Их выполняют в виде тороидального витого магнитопровода, сквозь окно которого пропускают токоведущие шины таким образом, чтобы МДС в этих шинах действовали навстречу друг другу (рис.43.3).

Для выбора оптимальных размеров индуктивного делителя рекомендуется рассчитывать сечение магнитопровода по формуле

, (43.6)

где ∆U_ос.и – разбаланс прямых падений напряжения (в амплитудных значениях), В; В₀ – остаточная индукция стали магнитопровода, Т; В₁ – индукция [T], соответствующая напряженности Н₁; ∆I_ос.ср – допустимый разбаланс тока в параллельных ветвях (среднее значение), А; l_μ – средняя длина магнитной линии стали магнитопровода, м; f – частота повторения импульсов тока, Гц; Q – скважность импульсов тока; – число витков токоведущих проводов.

Значение Н₁ можно найти по кривой намагничивания, взяв точку на начальном участке области насыщения. Минимальная длина магнитного пути (средней линии) l_μ = 2 Q∆I_ос.ср/ Н₁.

Расчет индуктивных делителей тока для параллельного соединения управляемых приборов должен учитывать возможный разбаланс во времени включения отдельных приборов, обусловливающих дополнительный ток разбаланса, который возрастает с увеличением разброса углов проводимости.

При последовательном соединении приборов напряжение в закрытом состоянии и обратные напряжения тиристоров выравниваются с помощью шунтирующих резисторов. Сопротивление шунтирующих резисторов рассчитывается по формуле

, (43.7)

где U_{зс.п max} – максимально допустимое повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии; I_{зс max} – максимальный ток в закрытом состоянии; U_н – максимальное напряжение нагрузки на ветви с последовательно включенными приборами; п – число приборов.

Для выравнивания напряжения на последовательно включенных тиристорах в переходных режимах параллельно им включаются RC-цепочки (рис.43.4), емкость конденсатора которых ориентировочно определяется по формуле

, (43.8)

где Q_{вос max} – максимальная разность зарядов восстановления последовательно включенных тиристоров.

Резисторы R₁ и R₂ служат для ограничения прямого тока во время разряда конденсаторов через тиристор. Значение сопротивления их обычно лежит в пределах нескольких единиц или десятков Ом.

Выравнивание напряжений в динамических режимах может быть осуществлено также с помощью лавинных диодов, ограничительных диодов, варисторов или стабилитронов, включаемых параллельно тиристору, как это показано на рис.43.4 штриховыми линиями.

Рис.43.4. Схема подключения шунтирующих резисторов (R_ш) и

RC-цепочек при последовательном соединении тиристоров

Выравнивание напряжений в динамических режимах может быть осуществлено также с помощью лавинных диодов, ограничительных диодов, варисторов или стабилитронов, включаемых параллельно тиристору, как это показано на рис.43.4 штриховыми линиями. Цепочки, состояние из резисторов R₁, R₂, диодов V₃, V₄ и конденсаторов С₁, С₂, одновременно служат для защиты тиристоров от превышения скорости нарастания напряжения в закрытом состоянии тиристора.

Между последовательно или параллельно включенными тиристорами должна быть хорошая тепловая связь (например, все приборы устанавливаются на одном радиаторе). В противном случае распределение нагрузки между тиристорами будет неустойчивым.

Для ограничения скорости нарастания тока в открытом состоянии (di_ос/dt) применятся дроссель с нелинейной индуктивностью, включаемой последовательно с тиристором. Дроссель должен удовлетворять двум требованиям: обеспечивать ограничение тока до безопасного значения на время, равное времени задержки включения тиристора, и иметь минимальное активное и реактивное сопротивления, после того как прибор включится. Число витков дросселя и сечение магнитопровода связаны между собой соотношением

w = t_зд U_ком/SB₀, (43.9)

где t_зд – время задержки, с; U_ком – напряжение на аноде тиристора перед его коммутацией, В; B₀ – остаточная индукция, Т; S – сечение магнитопровода, м².

С другой стороны, должно выполняться условие

wI_ср = Нl_ср ,

где I_ср – ток коэрцитивной силы (I_ср=1,5 – 2,0 А); Н – коэрцитивная сила, А/м; l_ср – средняя длина магнитной линии, м.

Магнитопровод дросселя должен быть изготовлен из пермаллоя или других материалов с прямоугольной петлей гистерезиса.