Полупроводникови устройства с променлив ток

Принципната схема и конструкцията на полупроводникови електрически устройства с променлив ток се определят от предназначението, изискванията и условията на работа. С широкото приложение, което безконтактните устройства намират, има голямо разнообразие от възможности за тяхното изпълнение. Всички те обаче могат да бъдат представени с обобщена блокова диаграма, която показва необходимия брой функционални блокове и тяхното взаимодействие.

Фигура 1 показва блок-схема на AC полупроводниково устройство в еднополюсна конструкция. Той включва четири функционално завършени единици.

Захранващият блок 1 с защитни елементи от пренапрежение (RC-верига на фигура 1) е основата на превключващото устройство, неговият изпълнителен орган. Може да се направи на базата само на контролирани клапани — тиристори или с помощта на диоди.

При проектиране на устройство за ток, надвишаващ границите на тока на едно устройство, е необходимо тяхното паралелно свързване. В този случай трябва да се вземат специални мерки за премахване на неравномерното разпределение на тока в отделните устройства, което се дължи на неидентичността на техните характеристики на токово напрежение в проводимо състояние и разпределението на времето за включване.

Блок 2 за управление съдържа устройства, които избират и запомнят команди, идващи от органите за управление или защита, генерират управляващи импулси със зададени параметри, синхронизират пристигането на тези импулси на тиристорните входове с моментите, когато токът в товара преминава нула.

Веригата на блока за управление става много по -сложна, ако устройството, освен функцията за превключване на вериги, трябва да регулира напрежението и тока. В този случай той се допълва от устройство за фазово управление, което осигурява изместване на управляващите импулси с даден ъгъл спрямо нулевия ток.

Блокът от сензори за режима на работа на апарата 3 съдържа измервателни устройства за ток и напрежение, защитни релета за различни цели, верига за генериране на логически команди и сигнализиране на превключващото положение на апарата.

Принудителното превключващо устройство 4 съчетава кондензаторна банка, нейната зареждаща верига и превключващи тиристори. В машините с променлив ток това устройство се съдържа само ако те се използват като защита (прекъсвачи).

Силовата част на апарата може да бъде направена по схема с антипаралелно свързване на тиристори (виж фигура 1), на базата на симетричен тиристор (триак) (фигура 2, а) и в различни комбинации от тиристори и диоди (фигура 2, б и в).

Във всеки конкретен случай, при избора на опция за верига, следва да се вземат предвид следните фактори: параметрите на напрежението и тока на устройството, което се разработва, броят на използваните устройства, дългосрочната товароносимост и устойчивостта на токови претоварвания, степента на сложност на тиристорното управление, изисквания за тегло и размери и цена.

Фигура 1 — Блокова схема на AC тиристорно устройство

Фигура 2 — Захранващи блокове на полупроводникови устройства с променлив ток

Сравнението на силовите блокове, показани на Фигури 1 и 2, показва, че схемата с антипаралелно свързани тиристори има най-големи предимства.Такава схема съдържа по -малко устройства, има по -малки размери, тегло, загуба на енергия и цена.

В сравнение с триаците, тиристорите с еднопосочна (еднопосочна) проводимост имат по -високи параметри на ток и напрежение и са в състояние да издържат на значително по -големи токови претоварвания.

Таблетните тиристори имат по -висок термичен цикъл. Следователно, верига, използваща триаци, може да се препоръча за превключване на токове, които по правило не надвишават класификационната стойност на тока на едно устройство, тоест когато не се изисква тяхното групово свързване. Обърнете внимание, че използването на триаци помага за опростяване на системата за управление на захранващия блок, той трябва да съдържа изходен канал към полюса на апарата.

Схемите, показани на фигура 2, b, c илюстрират възможността за проектиране на променливотокови комутационни устройства, използващи диоди. И двете схеми са лесни за управление, но имат недостатъци поради използването на голям брой устройства.

Във веригата на фигура 2, б променливото напрежение на източника на захранване се преобразува в вълново напрежение с пълна вълна с една полярност, като се използва токоизправител с диоден мост. В резултат на това само един тиристор, свързан на изхода на токоизправителния мост (в диагонала на моста) става способен да контролира тока в товара през двата полупериода, ако в началото на всеки полупериод управляващите импулси са получени на входа му. Веригата се изключва при най -близкото преминаване на нула на тока на натоварване след спиране на генерирането на управляващи импулси.

Трябва да се има предвид обаче, че надеждното изключване на веригата се осигурява само при минимална индуктивност на веригата от страната на коригирания ток. В противен случай, дори ако напрежението падне до нула в края на полупериода, токът ще продължи да тече през тиристора, предотвратявайки неговото изключване. Опасността от аварийно задействане на веригата (без изключване) се появява и при увеличаване на честотата на захранващото напрежение.

Във веригата, на фигура 2, натоварването се контролира от два тиристора, свързани помежду си, всеки от които се манипулира в обратна посока от неконтролиран вентил. Тъй като при такава връзка катодите на тиристорите са с еднакъв потенциал, това позволява използването на генератори на управляващи импулси с един изход или с два изхода с общо заземяване.

Схематичните диаграми на такива генератори са значително опростени. В допълнение, тиристорите във веригата, на фигура 2, в, са защитени от обратно напрежение и следователно трябва да бъдат избрани само за напрежение напред.

По отношение на размери, технически характеристики и икономически показатели, устройствата, направени съгласно схемите, показани на фигура 2, б, в, са по -ниски от превключващите устройства, чиито вериги са показани на фигури 1 в, 2, а. Независимо от това, те се използват широко в устройства за автоматизация и релейна защита, където превключващата мощност се измерва в стотици ватове. По -специално, те могат да се използват като изходни устройства на формирователи на импулси за управление на тиристорни блокове на по -мощни устройства.

Тимофеев А.С.