Study of a thyristor bridge rectifier and optimization of the current imbalance between parallel semiconductors

High-power applications, such as arc furnaces or electrolytic processes, require DC currents of tens of kA, higher than the single valve capability. Several valves are connected in parallel to fulfill the load requests, leading to an uneven current distribution. Current imbalance is one of the main problems to overcome designing a high current static converter. The current sharing among parallels on a three-phase bridge rectifier is analyzed and simulated in Ansys Maxwell environment. Geometric modifications of a single rectifier leg are proposed to improve the current distribution, firstly adapting the inter-axis distances among valves and then designing new shapes of copper hose that connects fuse and valve. The single leg of a three-phase bridge rectifier is tested to validate the proposed model. The current imbalance in the suggested configurations decreases by more than half, leading to a better current sharing among the parallel valves.

Applicazioni di grande potenza, come ad esempio forni ad arco o processi elettrolitici, richiedono correnti in DC di decine di kA, superiori alla corrente nominale di una singola valvola. Le valvole sono connesse in parallelo per poter sostenere tali amperaggi e la corrente che le attraversa si ripartisce non uniformemente. Lo sbilancio di corrente è uno dei principali problemi da superare in fase di sviluppo di un raddrizzatore. Nel seguito viene analizzata la distribuzione di corrente tra i semiconduttori in parallelo di un raddrizzatore a ponte trifase tramite simulazione in Ansys Maxwell. Vengono proposte alcune modifiche geometriche del singolo ramo per migliorare la distribuzione di corrente, inizialmente diminuendo la distanza assiale tra le valvole e, successivamente, proponendo nuove forme del flessibile in rame che collega il fusibile alla valvola. Vengono proposti diversi test eseguiti sul singolo ramo di un raddrizzatore trifase, modificando la posizione dei flessibili in rame, per validare il modello simulativo. Attuando le modifiche proposte sul singolo ramo, lo sbilancio di corrente diminuisce della metà, migliorando la distribuzione di corrente tra le valvole in parallelo.