Причина неравномерного распределения тока и обратного напряжения между полупроводниками

Расчет общего числа полупроводниковых приборов преобразователя

Общее число ПП N, которое необходимо для комплектования преобразователя, зависит от числа последовательно и параллельно включенных ПП в плече и числа диодных (тиристорных) плеч

N=nּaּs (12.20),

где n – число плеч ВП (для 6П схемы равно 6, для 12П схемы - 12).

Правильно рассчитанное и выбранное число ПП не гарантирует надежную работу преобразователя из-за неравномерного распределения тока между параллельными ПП или обратного напряжения между последовательными ПП. Это вызвано расхождением ВАХ полупроводников, которые технологически создать одинаковыми невозможно.

Рассмотрим причины и методы выравнивания распределения обратного напряжения и прямого тока.

а) Причины неравномерного распределения обратного напряжения между последовательно соединенными полупроводниковыми приборами

Пусть по расчету требуется включить два последовательно соединенных диода или тиристора, ВАХ которых в непроводящем направлении показано на рисунке. Видно, что их ВАХ хоть незначительно, но отличаются.

Рисунок

Так как ПП включены последовательно, то при приложении обратного напряжения U_VП через них потечет одинаковый обратный ток i_R. Отложим этот ток на ВАХ и проведем прямую, параллельную U_R, точка пересечения этой прямой с ВАХ покажет распределение обратного напряжения между полупроводниками.

Видно, что U_V2<U_RRM, следовательно, V2 работает в облегченном режиме. В то же время U_V1>U_RRM и возможен пробой V1, после чего все напряжение U_VП прикладывается к V2, на которое V2 не рассчитано, и произойдет пробой всей цепи.

б)Методы выравнивания обратного напряжения

Для выравнивания распределения обратного напряжения широко применяются активные делители напряжения, выполненные на резисторах Rш. Эти делители выравнивают распределение обратного максимального напряжения U_VMAX в рабочем режиме. Распределение обратного напряжения будет происходить пропорционально результирующему сопротивлению

и отклонение напряжения не превышает 7%.

Для выравнивания распределения обратного напряжения в динамическом режиме U_VП, U_VНП используют активно емкостные делители напряжения R_B-C_B, которые уменьшают скорость нарастания перенапряжения и равномерно распределяют эти напряжения между полупроводниковыми приборами. Кроме указанных делителей напряжения вместо Rш могут быть использованы лавинные диоды или стабилитроны (рис. 12.3, б), у которых ВАХ в непроводящем направлении имеет стабилизированный участок.

в) Причины неравномерного распределения тока между параллельно включенными полупроводниками

Рисунок

Пусть по расчету требуется включить два полупроводника параллельно, ВАХ которых показано на рисунке. Так как V1 и V2 включены параллельно, то падение напряжения между анодом и катодом одинаково и равно ΔU_V. Проведя перпендикуляр параллельной оси I_F, найдем распределение тока между V1 и V2.

Видно, что I_V2<I_FAVm, следовательно, V2 незагружен и работает с запасом. В то же время I_V1>I_FAVm, т.е. это приведет к его перегреву и выходу из строя, I_V→I_V2, в итоге перегрев и тепловой пробой, выход его из строя.

Для предупреждения неравномерного распределения тока, применяют специальные схемы.

Методы и схемы выравнивания распределения тока.

1. Подбор полупроводников по одинаковым ВАХ.

Допускаем: ‌‌‌ U_Fm1-_UFm2‌ ≤ 0,02 В. Применяют для диодов и лавинных диодов.

2. Последовательное включение активных резисторов (рис. 12.2, а).

R₁ + r_T1 = R₂ + r_T2

Из-за больших потерь энергии применяют в маломощных установках.

3. Включение ПП через индуктивные делители тока(рис. 12.2, б).

Рис. 12.2 - Схемы выравнивания прямого тока при соединении диодов (а) и тиристоров (б)

Индуктивный делитель тока состоит из магнитопровода и двух обмоток w₁ и w₂, обычно выполненных в виде одного или двух витков шины, подключающих V1 и V2.

Принцип работы состоит в следующем: под действием тока I_V1 создается магнитный поток Ф₁, а ему навстречу под действием I_V2 поток Ф₂. В сердечнике действует результирующий поток Ф_РЕЗ = Ф₁ - Ф₂. Если I_V1=I_V2, то Ф₁=Ф₂, следовательно, Ф_РЕЗ=0 и индуктивный делитель влияния на работу не оказывает, т.е. в данный момент он не действует. Если I_V1>I_V2, то Ф₁>Ф₂, следовательно, Ф_РЕЗ>0, поэтому при уменьшении тока в обмотке w₁ наводится ЭДС самоиндукции e_s, направленная вверх, и в w₂ – направленная вниз, т.е. встречно вызвавшему их потоку, благодаря этому напряжения между анодом и катодом будут равны, т.к , а .

Дата добавления: 2014-01-06