Стартовая >> Архив >> Исследование распределения тока между параллельно соединенными тиристорами

Исследование распределения тока между параллельно соединенными тиристорами

Лекуанг Чуен, В. П. Лунин, В. Я. Фролов


Рис. 1. Осциллограмма напряжений на управляющем электроде тиристора при различных значениях анодного тока: ти = 1 В/дел, тl= 200 A/дел, mt = 50 мкс/дел

Определение возможного разбаланса токов в параллельных ветвях с тиристорами является одной из важных задач при проектировании мощных полупроводниковых коммутирующих устройств. Это объясняется тем, что степень неравномерности распределения тока, обусловленная неидентичностью вольтамперных характеристик приборов (ВАХ) и конструктивными факторами, определяет количество тиристоров в силовом блоке, коэффициент использования их по току, габариты и надежность. Учитывая, что современные методы конструирования полупроводниковых блоков позволяют практически полностью устранить влияние конструктивных факторов, представляется целесообразным выявление предельного разбаланса токов в цепях с тиристорами из-за разброса их ВАХ.
Аналитическое решение этой задачи встречает серьезные трудности из-за отсутствия достаточной информации о характеристиках приборов при изменении теплового состояния их структуры. Это вызывает необходимость проведения экспериментальных исследований. Однако существующие методики измерения токов в параллельных ветвях с помощью измерительных трансформаторов или шунтов не позволяют получить достоверную информацию, так как вносимые в силовую цепь датчики являются причиной принудительного выравнивания токов.
Как показывают экспериментальные исследования, дополнительно вносимая погрешность измерений при этом может достигать значений, соизмеримых с реальным разбалансом токов. Прежде всего это касается коммутационных режимов работы тиристорных блоков.
В настоящей работе рассматривается возможность измерения анодного тока в тиристоре по изменению напряжения на управляющем электроде.
Суть предлагаемой методики состоит в том, что градуировочные кривые исследуемых тиристоров, а именно зависимости напряжения на управляющем электроде от величины коммутируемого тока, скорости его нарастания и длительности протекания снимаются при одинаковом тепловом состоянии полупроводниковых приборов и при тех же условиях проводятся опытные исследования. При этом с целью уменьшения погрешности измерений при осциллографировании фиксировать значения напряжения и тока необходимо сразу после снятия импульса управления.
Рис. 1 иллюстрирует явно выраженную зависимость изменения напряжения на управляющем электроде от величины протекающего через прибор тока. В представленном на осциллограмме диапазоне токов напряжение на управляющем электроде тиристора увеличивается в среднем от (1,5...2) В до (2,5...4) В. При изменении величины анодного тока можно получить семейство кривых Uyэ= f(l), по которым строятся зависимости, учитывающие соотношения между напряжением на управляющем переходе и максимальной величиной коммутируемого тока в фиксированные моменты времени.

Рис. 2. Зависимости напряжения на управляющем электроде от величины коммутируемого
Такие зависимости для четырех тиристоров типа Т2-800 (рис. 2) были получены при различных скоростях нарастания анодного тока и неизменной его длительности. Скорость тока di/dt регулировалась в пределах (5... 100) А/мкс, что соответствует режимам работы тиристоров в быстродействующих коммутирующих устройствах. Зависимости на рис. 2 свидетельствуют о существенной неравномерности распределения тока по тиристорам.

Рис. 3. Результаты измерения распределения тока по тиристорам типа Т2-800
Причем по мере распространения включенного состояния структуры приборов неравномерность распределения тока увеличивается (рис. 3), что объясняется разбросом вольтамперных характеристик тиристоров и обусловлено технологией их изготовления. На начальном участке нарастания анодного тока (см. рис. 2) зависимости 1—4 (t = 25 мкс) имеют явно выраженный характер изменения в отличие от таковых при t = 140 мкс. Это обстоятельство дает возможность более точно измерить анодный ток тиристоров в динамических режимах их переключения.
Полученный расбаланс токов для исследуемых тиристоров показан на рис. 3, где ток (пунктирная линия) является результатом суммирования значений токов в четырех тиристорах, а ток получен с помощью измерительного шунта, введенного в общую цепь нагрузки. Построенные зависимости I — f(t) имеют хорошее совпадение и подтверждают достоверность методики измерений. Относительное расхождение сопоставляемых результатов не превышает 5%. Из представленных на рис. 3 зависимостей также видно, что максимальный разбаланс токов для тиристоров 3 и 4 в момент времени t = 140 мкс составляет 42% относительно усредненного значения тока и является определяющим при выборе количества параллельно соединенных приборов.

Выводы

1. Предлагаемая методика измерения тока в параллельно соединенных тиристорах исключает дополнительное введение элементов в основную токовую цепь, тем самым исключая принудительное выравнивание токов.
2. Разработанный метод экспериментального определения разбаланса токов в тиристорах по падению напряжения на управляющих электродах обеспечивает требуемую точность измерений, прост в реализации и может быть использован для контроля нагрузки током тиристоров в процессе их работы.

 
« Испытания кремниевых диодов на перегрузочную способность   Капельный метод испытания полимерных материалов на трекингостойкость »
электрические сети