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

Параллельное соединение диодов. Для получения большого выпрямленного тока 
применяется параллельное соединение диодов (рис. 10.19, а). Число параллельно 
включенных диодов выбирают так, чтобы ток, проходящий через каждый диод, не превышал 
номинального тока. При параллельном соединении нескольких диодов из-за различия 
прямых ветвей их вольтамперных характеристик распределение тока между диодами 
оказывается неравномерным. Больший ток протекает через диод, имеющий меньшее падение 
напряжения, т.е. более крутую вольтамперную характеристику (рис. 10.19, б). Например, при 
параллельном соединении диодов VD1 и VD2 с различными вольтамперными 
характеристиками напряжение A U
B
, приложенное к диодам, при включении в прямом 
направлении одинаково, а токи разные. Ток I
в2
, проходящий через диод VD2, больше тока I
в1
в диоде VD1. Такая неравномерность в распределении тока нагрузки приводит к 
недопустимому нагреву диода и требует снижения мощности преобразователя. Для 
сглаживания неравномерности в распределении токов по отдельным параллельным ветвям 
специально подбирают диоды по их прямым вольтамперным характеристикам. При этом 
стремятся, чтобы параллельно включенные диоды имели близкие по величине падения 
напряжения (разность не более 0,02 В). Но даже и в этом случае неравномерность в 
распределении токов составляет около 20%. На это значение приходится снижать общий ток 
I
d
выпрямительной установки. 

---

116 / 203 
Количество параллельно включенных диодов можно ориентировочно определить исходя из 
соотношения:  n
пар
= k
нер
k
п
I
dmax
/ I
ном
(10.29) 
Рис. 10.19. Параллельное включение силовых полупроводниковых приборов. 
а – схема соединения, б – вольтамперные характеристики вентилей. 
где k
нер
– коэффициент неравномерности распределения токов по параллельно включенным 
приборам (для большинства диодов промышленного применения k
нер
= 1,2...1,3); k
п
– 
коэффициент возможных перегрузок по току (k
п
= 1,2); I
dmax 
– максимальный выпрямленный 
ток, А; I
ном
– номинальный ток диода, А. При конструировании полупроводникового 
преобразователя задачу деления тока решают в каждом конкретном случае на основе 
технико-экономического обоснования. В частности, в локомотивных выпрямительных 
установках эта задача решена за счет более чем двукратного запаса по мощности. 
Длительный период монопольное положение среди силовых полупроводниковых приборов, 
используемых в статических преобразователях энергии, занимали силовой биполярный 
транзистор и обычный тиристор. Применение этих приборов позволило сделать 
качественный скачок в развитии силовой электроники. Однако присущие им недостатки в 
дальнейшем стали сдерживающими факторами в этой области. Принципиальными 
недостатками биполярного транзистора являются значительная мощность, потребляемая на 
управление, и большое напряжение насыщения. Недостатки тиристора – неполная 
управляемость и сравнительно низкое быстродействие (f
s
≤ 1 кГц). Это проявляется в 
необходимости принудительной коммутации тиристора при его выключении. В результате 
затрудняется практическая реализация схем выпрямительно-инверторных преобразователей. 
Новые перспективы в принципиальном совершенствовании параметров транзисторов в части 
существенного снижения мощности управления и повышения быстродействия открыло 
создание силового МОП-транзистора. В настоящее время МОП-транзисторы используются 
на рабочие напряжения, не превышающие 400 В. Из-за относительно высоких значений 
сопротивления мощные МОП-транзисторы уступают биполярным в отношении потерь 
мощности в проводящем состоянии. Компромиссным техническим решением, позволившим 
реализовать положительные качества как биполярных, так и МОП-транзисторов, стало 
создание IGBT-транзисторов (биполярный транзистор с полевым управлением). Эти 
транзисторы обладают хорошими частотными свойствами (f
s
> 20 кГц), крайне низкими 
значениями мощности управления и падения напряжения (2,5... 3,5 В) в проводящем 
состоянии при рабочих напряжениях до 1700 В и токе 1200 А. Благодаря этим качествам 
область использования IGBT-транзисторов постоянно расширяется и начинает занимать 
доминирующее положение в устройствах преобразовательной техники средней и большой 
мощности. На основе IGBT-транзисторов в настоящее время разрабатывается большинство 
силовых электронных устройств. Практически все крупнейшие фирмы мира, производящие 
электронную продукцию, развивают новые технологии IGBT-транзисторов. Появилась 
возможность 
создания 
унифицированной 
схемы 
выпрямительно-инверторного 
преобразователя энергии VT1– VT6. С использованием модулей IGBT-транзисторов 
разработан статический преобразователь энергии для привода переменного тока скоростного 
электропоезда «Сокол» (рис. 10.20). 

---

117 / 203 
Рис. 10.20. Статический преобразователь энергии электропоезда «Сокол» 
Для увеличения допустимого диапазона рабочих мощностей статического преобразователя 
энергии IGBT-транзисторы могут работать параллельно. При этом для обеспечения 
оптимального распределения токов должно быть выполнено следующее условие: 
параллельно включенные IGBT -транзисторы должны быть расположены рядом друг с 
другом для обеспечения одинаковых условий работы. По этой причине они выполняются в 
виде модулей из двух, четырех или шести транзисторов с отсекающими диодами на общей 
подложке. 
Рис. 10.21. Выпрямительная установка УВКТ-5 тепловоза. 
Все силовые электрические соединения должны быть выполнены симметрично и с 
минимальной индуктивностью соединений. Соединения между схемой управления и 
параллельно включенными IGBT-транзисторами также должны быть симметричны и 
обладать минимальной индуктивностью. Значения порогового напряжения затвора и 
напряжения насыщения открытого транзистора должны быть близкими.