При послідовному зєднанні тиристорів необхідно забезпечити рівність напруг на кожному з тиристорів у всіх умовах їх роботи Існує чотири основні режими роботи тиристорів:

• включення,

• пропускання струму в прямому напрямку,

• вимикання,

• робота у вимкненому стані при напрузі, доданому в прямому або зворотному напрямку

У наборі з послідовно зєднаних тиристорів при включенні найповільнішого приладу, поки він не включиться, дістанеться непропорційно велика частка доданої до ланцюжку напруги Таким чином, необхідно включати кожен тиристор так швидко, як це тільки можливо, для чого необхідно на їх керуючі електроди подавати струм зі швидкістю наростання 3 .. 5 А за 500 нс Втім, чим більше і швидше, тим майже завжди краще Напруга ланцюга управління на холостому ходу має становити 20 .. 40 В

Рис 111 повторює Рис 102 і демонструє типову форму імпульсу управління тиристорами при їх послідовному зєднанні Якщо управління здійснюється через оптоволоконний канал, то дисперсія тимчасових параметрів випромінювачів і детекторів в різних ланках повинна бути зведена до мінімуму

Рис iii Типова форма імпульсу управління

Для управління послідовно включеними тиристорами було розроблено безліч схем На Рис 112 (ліворуч) наведена схема з високовольтним ізольованим кабелем, протягнуто через набір тороїдальних сердечників струмових трансформаторів, вторинні обмотки яких здатні подати напругу в декілька десятків вольт на оптоволоконні схеми управління тиристорами Через кабель зазвичай пропускають струм порядку 100 А при частоті 60 Гц Ця схема запуску тиристорів вельми популярна для пристроїв корекції коефіцієнта потужності при середніх рівнях напруги У центрі показана конструкція з індивідуальними трансформаторами для харчування кожної оптоволоконної схеми управління тиристорами Для зменшення розмірів трансформаторів в цьому випадку часто застосовують високочастотну напругу в їх вхідних ланцюгах Праворуч зображена схема з імпульсними трансформаторами в ланцюгах управління кожного тиристора Хоча ця схема і вельми успішно застосовується в системах з середнім напругою, трансформатори в ній вимагають акуратного проектування та випробувань на електричну міцність ізоляції і час наростання струму в режимі підтримки Різновидом цієї схеми є схема з одним імпульсним трансформатором, які мають одну первинну і кілька вторинних обмоток, успішно вживана в обладнанні класу 5 кВ У більшості цих схем взамін одного імпульсу управління використовується послідовність з декількох більш коротких імпульсів

Рис 112 Схеми управління тиристорами при їх послідовному зєднанні

Ще одна конструкція, вживана при найвищих напружених, показана в спрощеному вигляді на Рис 113 У цій конструкції напруга живлення схеми управління тиристорами виходить з їхньої напруги анод-катод Необхідність деякого часу для заряду накопичувального конденсатора обмежує можливість роботи цієї конструкції при малих кутах затримки включення тиристора, але після заряду конденсатора схема управління кожний період здатна виробляти по два імпульсу управління, розділення інтервалом в 60 ° Ця конструкція не може забезпечити великі струми управління через істотне збільшення в ній втрат потужності Принципи цієї конструкції використовуються в системах HVDC

Рис 113 Схема управління тиристорами при їх послідовному зєднанні з живленням від ланцюга анод-катод

На додаток до тиристорам, керованим електричними сигналами, існують дві їх різновиди, що включаються безпосередньо світлом Деякі великі тиристори управляються потужним світловим потоком, створюваним лазером В інших тиристорах вбудовані додаткові керуючі тиристори, для включення яких потрібно менше інтенсивне світло В даний час це управління є областю докладання зусиль багатьох розробників

Способи управління тиристорів, розглянуті вище, відповідають вимогам забезпечення одночасності їх включення при послідовному зєднанні А от з вимиканням справа йде складніше Графік струму при виключенні тиристора, наведений на Рис 103, у випадку, наприклад, трьох послідовно включених тиристорів перетворюється в графік, наведений на Рис 114 Тиристор 1 починає вимикатися першим, і, як тільки на ньому починається ріст напруги, значення di / dt зменшується і відновлення тиристорів 2 і 3 сповільнюється При цьому тиристору 1 може дістатися непропорційно велика частка напруги, адже тиристори 2 і 3 ще знаходяться в провідному стані Можна було б підібрати тиристори по їх часу відновлення, але це дає мало користі, так як на час відновлення роблять сильний вплив температура і значення di / dt у схемі Рівняння, наведені на Рис 104, можна пристосувати для розрахунків стосовно ланцюжку тиристорів і визначити разбаланс у зворотних напругах

Рис 114 Струм через тиристори при їх виключенні

Стандартним прийомом забезпечення рівномірності розподілу напружень послідовно включених тиристорів при виключенні є додавання ЙС-ланцюжків паралельно кожному тиристору (Мал 115) Постійна часу R ^ C вибирається порівнянної з часом відновлення тиристорів

Рис 115 Елементи для балансірованш тиристорів при їх послідовному включенні

Ланцюг RlC не зробить ніякої допомоги в балансуванні напруг на тиристорах, коли вони вже замкнені і до них докладено пряме або зворотне напруга Постійна часу R ^ C занадто мала, так що різниця цих напруг просто перезарядить відповідні конденсатори Для того щоб збалансувати ці напруги, в схему вводять резистор R2 Його номінал вибирають так, щоб струм через нього був раз в 5 .. 10 більше, ніж струм витоку у вживаних тиристорів Резистор R1 повинен бути безиндуктівним, а R2 – не обовязково цього типу Параметри елементів R1, R2 і С і втрати в тиристорах слід перевірити за допомогою компютерного моделювання

Джерело: Сукер К Силова електроніка Керівництво розробника – М: Видавничий дім «Додека-ХХI, 2008 – 252 c: Ил (Серія «Силова електроніка»)