Среднее профессиональное образование а. В. Грищенко, В. В. Стрекопытов электрические машины и преобразователи подвижного состава

10.6. Групповое соединение полупроводниковых приборов. 
Последовательное и параллельное соединение полупроводниковых приборов, применяемое 
для увеличения допустимых значений тока и напряжения в одной ветви мощного 
преобразователя, называется групповым соединением. Групповое соединение иногда 
применяется также для повышения надежности преобразователей, чтобы выход из строя 
отдельного прибора не нарушал работы всей установки. Из-за технологического разброса 
вольт-амперной 
характеристики 
при 
параллельном 
соединении 
отдельные 
полупроводниковые приборы перегружаются по току, а при последовательном – по 
напряжению. При групповом соединении тиристоров условия работы еще более ухудшаются 
из-за разброса временных характеристик. В динамических режимах приложения прямого 
напряжения при последовательном соединении тиристор с меньшим временем 
восстановления может оказаться под воздействием полного напряжения цепи и 
самопроизвольно включаться. При параллельном соединении тиристор, имеющий меньшее 
время включения, воспринимает весь ток главной цепи и может выйти из строя по причине 
теплового пробоя. Для обеспечения надежной работы силовых полупроводниковых 
приборов при их групповом соединении должны применяться меры для равномерного 
распределения тока при параллельном и напряжения при последовательном соединениях. 
Последовательное соединение диодов. Если требуется получить большие значения 
выпрямленного напряжения, применяют последовательное соединение диодов. Построение 
преобразовательной установки с одиночными диодами в этом случае не представляется 
возможным из-за недопустимо высокого обратного напряжения, которое будет приложено к 
силовым полупроводниковым приборам (рис. 10.18, а). Например, в выпрямительных 
установках тепловозов 2ТЭ116, ТЭП70, ТЭМ7 и электровозов ВЛ60, ВЛ80 применяют диоды 
7-го и 8-го классов, рассчитанные на номинальное напряжение 700…800 В. Однако 
номинальное напряжение на выходе выпрямительной установки составляет 1450...1650 В, а 
обратное напряжение в переходных процессах может достигать 4000 В. 
Рис. 10.18. Последовательное включение силовых полупроводниковых приборов. 
а – схема соединения; б – вольтамперные характеристики вентилей; 
в – схема соединения с выравниванием обратных напряжений. 

---

115 / 203 
Число последовательно соединенных диодов в каждой фазе выпрямительной схемы с 
нулевым выводом или в каждом плече мостовой схемы выбирают так, чтобы напряжение на 
одном диоде при нормальном рабочем режиме не превышало его номинального 
повторяющегося обратного напряжения: n
посл
= k
нер
k
п
U
обрmax
/ k
в
U
ном
(10.28) 
где k
нер
– коэффициент неравномерности распределения напряжения по последовательно 
включенным приборам (для лавинных диодов k
нер
= 1,0, для других k
нер
= 1,2...1,3); k
п
– 
коэффициент перенапряжений (k
п
= 1,2); U
обрmax
– максимальное обратное напряжение, 
приложенное к диоду, В; k
в
– коэффициент, который зависит от типа применяемых диодов 
(для кремниевых диодов k
в
= 1,2). Перенапряжения на отдельных диодах, включенных 
последовательно, вызываются различными сопротивлениями отдельных диодов и различием 
их вольтамперных характеристик (рис. 10.18, б). Например, при последовательном 
включении диодов VD1 и VD2 с различными вольтамперными характеристиками общее 
обратное напряжение U
обр
распределяется между ними неравномерно, так как при некотором 
общем обратном токе I
обр
к диодам приложены разные напряжения U
обр1
и U
обр2
. При 
увеличении температуры диодов эта разница и I
обрmах
могут значительно возрасти. При 
последовательном включении диодов для равномерного распределения напряжения между 
ними параллельно диодам включают шунтирующие резисторы R
Ш
. Эти резисторы образуют 
делитель напряжения, который делит общее обратное напряжение U
обр
, приложенное ко всем 
диодам, на равные части U
обр1
= U
обр2 
независимо от внутренних сопротивлений диодов. 
Сопротивления шунтирующих резисторов выбирают так, чтобы протекающий по ним ток 
был в несколько раз больше наибольшего обратного тока, протекающего через включенные 
последовательно диоды. Во избежание больших потерь энергии рекомендуется специально 
подбирать последовательно включаемые диоды по их вольтамперным характеристикам: 
диоды должны иметь одинаковый класс, близкие обратные ветви характеристики и 
одинаковые температурные коэффициенты. Лавинные диоды, которые допускают большие 
значения обратных токов, соединяют последовательно без шунтирующих резисторов. Если 
напряжение на каком-либо диоде, например VD1, достигает напряжения стабилизации, при 
котором происходит лавинный пробой, то дальнейшего увеличения обратного напряжения 
на данном диоде не происходит. Поэтому для лавинных диодов запас максимально 
допустимого напряжения составляет 1,3...1,5 U
oбpmах
вместо 2...3 U
обрmах
для обычных диодов. 
В случае применения тиристоров для выравнивания обратных напряжений используют 
резисторные делители напряжения и RС-цепочки (R1C1, R2C2), обеспечивающие снижение 
скорости нарастания прямого напряжения dU
d
/dt (рис. 10.18, в).