Вследствие аварийных колебаний напряжения питания или переходных процессов и возникновения кратковременных всплесков э. д. с. амплитуды прямого и обратного напряжений, приложенных между анодом и катодом тиристора, могут оказаться выше допустимых. В тиристорных схемах максимальные (амплитудные) значения напряжений между анодом и катодом не должны превышать половины их максимально допустимых значений, указанных в технических условиях.
В некоторых случаях для предохранения тиристоров от пробоя в обратном направлении рекомендуется последовательно с ними включать обычный диод рассчитанный на такой же прямой ток, но с большим допустимым обратным напряжением. Для этих же целей можно использовать последовательное соединение тиристоров.
Схемы защиты тиристоров (рис. 1) дают возможность защитить переход между катодом и управляющим электродом от пробоя или превышения допустимого тока управления, что приводит к перегреву перехода. Переход между катодом и управляющим электродом тиристора имеет небольшое напряжение пробоя (для маломощных тиристоров — единицы вольт). При подаче на управляющий электрод отрицательного напряжения по отношению к катоду переход может оказаться пробитым.
Схема, приведенная на рис. 1, а, позволяет ограничить силу обратного тока управления (от катода на управляющий электрод) благодаря включению в цепь управления диода. Диод (рис. 1, б), включенный параллельно переходу катод — управляющий электрод, шунтирует его при обратном напряжении управления, что снижает обратное напряжение до минимума. В то же время наличие небольшого отрицательного напряжения на управляющем электроде снижает время выключения тиристора.
Рис. 1. Схемы защиты тиристоров
Если по условиям работы схемы напряжение управления превышает допустимое значение во время подачи обратного напряжения между анодом и катодом, защиту можно осуществить включением демпферной цепочки (диод Дд и резистор Rд, рис. 1, в). При положительном потенциале на управляющем электроде и отрицательном потенциале анода на резисторе Rд создается падение напряжения, что снижает положительный управляющий сигнал.
Сопротивление резистора Rд достаточно велико, и обратный ток через диоды и резистор не оказывает влияния на силовую часть схемы.
Охлаждение тиристоров служит защитой от перегрева и выхода из строя. Для охлаждения используются специальные радиаторы ребристоготипа с воздушным обдувом с помощью встроенного в выпрямительный блок вентилятора. Существуют тиристоры с водяным охлаждением.
При номинальных данных по току нагрузки нагрев тиристора не должен превышать максимально допустимой нормы (125 °С для некоторых типов тиристоров), поэтому вентилирование выпрямительного блока должно производиться постоянно и с определенной интенсивностью.
Силовые выпрямительные блоки при выходе из строя вентиляции отключаются автоматически. Если ток нагрузки составляет половину от номинального, тиристоры могут работать без вентиляции, но при наличии радиаторов.
Групповое включение тиристоров
Основной схемой управляемого выпрямителя является схема Ларионова. Мощные судовые управляемые выпрямители рассчитаны на значительные токи и напряжения, которые могут превысить номинальные значения для тиристоров.
Для уменьшения обратного напряжения на тиристорах применяется их последовательное соединение, а для уменьшения тока через тиристор — параллельное соединение.
Тиристоры с одинаковыми номинальными данными могут иметь некоторый разброс параметров, это становится наглядным при сравнении вольт-амперных характеристик. При последовательном соединении тиристоров, вследствие неравенства прямых и обратных сопротивлений, максимальное напряжение возникнет на тиристоре с большим сопротивлением, если амплитуда напряжения, приложенного к цепям, будет достаточно большой.
Пробой одного из тиристоров приведет к тому, что приложенное напряжение распределится между остальными и превысит норму. Для равномерного распределения обратных напряжений параллельно каждому тиристору включается резистор, сопротивление которого одного порядка с обратным сопротивлением тиристора.
Шунтирование тиристоров резисторами одинакового сопротивления обеспечивает равномерное распределение обратных напряжений в установившемся режиме (закрытое состояние тиристоров). При переходных процессах, происходящих с большой скоростью изменения за время, исчисляете микросекундами, необходимо учитывать емкость каждого тиристора. Напряжения, приходящиеся на каждый тиристор, будут распределяться обратно пропорционально его емкости. Для выравнивания емкости параллельно тиристору включается цепочка R — С (рис. 2, а). Резистор R с активным сопротивлением служит для ограничения тока разряда конденсатора через открытый тиристор.
Для выравнивания токов между параллельно включенными тиристорами необходимо подобрать выпрямители с одинаковыми прямыми участками вольт-амперных характеристик, т. е. с равными прямыми сопротивлении, или применить средства принудительного выравнивания токов при помощи резисторов или индуктивных делителей. При первом способе упрощается конструкция преобразователя, уменьшаются масса, габариты и стоимость, повышается к. п. д, установки и обеспечивается равномерное распределение тока как при переменном токе, независимо от его частоты так и при постоянном. Однако при выходе из строя тиристора его необходимо заменить идентичным, что не всегда возможно в эксплуатации.
Рис. 2. Последовательное и параллельное соединение тиристоров
Индуктивные делители при сравнительно малых потерях уменьшают крутизну нарастания тока и способствуют равномерному распределению токов. В установках средней и большой мощности распространены индуктивные делители без сердечника (рис. 2, б) и с сердечником (дроссели). Приведенные схемы используются в неуправляемых выпрямителях для тех же целей.
