Dispozitive semiconductoare AC

Schema schematică și proiectarea dispozitivelor electrice cu semiconductor de curent alternativ sunt determinate de scop, cerințe și condiții de funcționare. Cu aplicația largă pe care o găsesc dispozitivele fără contact, există o mare varietate de posibilități de implementare a acestora. Totuși, toate pot fi reprezentate printr-o diagramă bloc generalizată care arată numărul necesar de blocuri funcționale și interacțiunea lor.

Figura 1 prezintă o diagramă bloc a unui dispozitiv semiconductor de curent alternativ în construcție unipolară. Include patru unități complete funcțional.

Unitatea de alimentare 1 cu elemente de protecție la supratensiune (circuit RC din figura 1) este baza dispozitivului de comutare, corpul său executiv. Se poate face doar pe baza de supape controlate - tiristoare sau cu ajutorul diodelor.

Când proiectați un dispozitiv pentru curent care depășește limitele de curent ale unui singur dispozitiv, este necesar să le conectați în paralel.În acest caz, trebuie luate măsuri speciale pentru a elimina distribuția neuniformă a curentului în dispozitivele individuale, care se datorează neidentității caracteristicilor curent-tensiune ale acestora în starea conductivă și distribuția timpului de pornire.

Blocul de control 2 conține dispozitive care selectează și rețin comenzile venite de la organele de control sau de protecție, generează impulsuri de control cu ​​parametri setați, sincronizează sosirea acestor impulsuri la intrările tiristoarelor cu momentele în care curentul din sarcină trece de zero.

Circuitul unității de control devine mult mai complex dacă dispozitivul, pe lângă funcția de comutare a circuitului, trebuie să regleze tensiunea și curentul. În acest caz, este completat de un dispozitiv de control de fază, care asigură o deplasare a impulsurilor de control cu ​​un unghi dat în raport cu curentul zero.

Blocul de senzori pentru modul de funcționare al aparatului 3 conține dispozitive de măsurare a curentului și tensiunii, relee de protecție pentru diverse scopuri, un circuit pentru generarea comenzilor logice și semnalizarea poziției de comutare a aparatului.

Dispozitivul de comutare forțată 4 combină o bancă de condensatoare, circuitul său de încărcare și tiristoarele de comutare. La mașinile cu curent alternativ, acest dispozitiv este conținut numai dacă sunt folosite ca protecție (întrerupătoare).

Partea de putere a dispozitivului poate fi realizată conform unei scheme cu conexiune antiparalelă a tiristoarelor (vezi figura 1), bazată pe un tiristor simetric (triac) (figura 2, a) și în diferite combinații de tiristoare și diode (figura 2, b și c).

În fiecare caz specific, atunci când alegeți o opțiune de circuit, trebuie luați în considerare următorii factori: parametrii de tensiune și curent ai dispozitivului în curs de dezvoltare, numărul de dispozitive utilizate, capacitatea de încărcare pe termen lung și rezistența la suprasarcinile curente, gradul de complexitate al manevrării tiristorului, cerințele de greutate și dimensiune și cost.

Figura 1 — Schema bloc a unui dispozitiv cu tiristor AC

Figura 2 — Blocuri de putere ale dispozitivelor semiconductoare AC

O comparație a blocurilor de putere prezentate în figurile 1 și 2 arată că schema cu tiristoare conectate anti-paralel are cele mai mari avantaje.O astfel de schemă conține mai puține dispozitive, are dimensiuni, greutate, pierderi de energie și costuri mai mici.

În comparație cu triac-urile, tiristoarele cu conducție unidirecțională (unidirecțională) au parametri de curent și tensiune mai mari și sunt capabile să reziste la suprasarcini de curent semnificativ mai mari.

Tiristoarele tabletei au un ciclu termic mai mare. Prin urmare, un circuit care utilizează triac poate fi recomandat pentru comutarea curenților care, de regulă, nu depășesc curentul nominal al unui singur dispozitiv, adică atunci când conexiunea lor de grup nu este necesară. Rețineți că utilizarea triacurilor ajută la simplificarea sistemului de control al unității de alimentare, acesta trebuie să conțină un canal de ieșire către polul aparatului.

Schemele prezentate în figura 2, b, c ilustrează posibilitatea proiectării dispozitivelor de comutare cu curent alternativ folosind diode. Ambele scheme sunt ușor de gestionat, dar au dezavantaje datorită utilizării unui număr mare de dispozitive.

În circuitul din figura 2, b, tensiunea alternativă a sursei de alimentare este convertită într-o tensiune de undă completă de o polaritate folosind un redresor cu punte cu diodă. Ca urmare, doar un tiristor conectat la ieșirea punții redresoare (în diagonala punții) devine capabil să controleze curentul din sarcină în timpul celor două semicicluri, dacă la începutul fiecărui semiciclu controlul impulsurile sunt primite la intrarea sa. Circuitul este oprit la cea mai apropiată trecere de zero a curentului de sarcină după oprirea generării impulsurilor de control.

Trebuie avut în vedere, totuși, că declanșarea fiabilă a circuitului este asigurată numai cu o inductanță minimă a circuitului pe partea curentului redresat. În caz contrar, chiar dacă tensiunea scade la zero la sfârșitul semiciclului, curentul va continua să curgă prin tiristor, împiedicându-l să se oprească. Pericolul declanșării de urgență a circuitului (fără declanșare) apare și atunci când crește frecvența tensiunii de alimentare.

În circuit, în figura 2, sarcina este controlată de două tiristoare conectate între ele, fiecare dintre acestea fiind manipulat în sens opus de o supapă necontrolată. Deoarece într-o astfel de conexiune catozii tiristoarelor sunt la același potențial, acest lucru permite utilizarea generatoarelor de impulsuri de control cu ​​o singură ieșire sau două ieșiri cu o masă comună.

Diagramele schematice ale unor astfel de generatoare sunt mult simplificate. În plus, tiristoarele din circuit, din Figura 2, c, sunt protejate împotriva tensiunii inverse și, prin urmare, ar trebui selectate numai pentru tensiune directă.

În ceea ce privește dimensiunile, caracteristicile tehnice și indicatorii economici, dispozitivele realizate conform schemelor prezentate în figura 2, b, c sunt inferioare dispozitivelor de comutare ale căror circuite sunt prezentate în figurile 1 c, 2, a. Cu toate acestea, ele sunt utilizate pe scară largă în automatizări și dispozitive de protecție a releelor, unde puterea de comutare este măsurată în sute de wați. În special, ele pot fi utilizate ca dispozitive de ieșire ale modelatoarelor de impulsuri pentru a controla blocurile tiristoare ale dispozitivelor mai puternice.

Timofeev A.S.