AC-halvledarenheter

Det schematiska diagrammet och designen av elektriska växelströmshalvledaranordningar bestäms av syftet, kraven och driftsförhållandena. Med den breda applikation som kontaktlösa enheter hittar, finns det en mängd olika möjligheter för deras implementering. Men alla kan representeras av ett generaliserat blockschema som visar det erforderliga antalet funktionella block och deras interaktion.

Figur 1 visar ett blockschema över en AC-halvledaranordning i unipolär konstruktion. Den innehåller fyra funktionellt kompletta enheter.

Strömförsörjningsenheten 1 med överspänningsskyddselement (RC-krets i figur 1) är basen för omkopplingsanordningen, dess verkställande organ. Det kan göras på basis av endast kontrollerade ventiler - tyristorer eller med hjälp av dioder.

När du designar en enhet för ström som överskrider strömgränserna för en enda enhet, är det nödvändigt att ansluta dem parallellt.I det här fallet måste speciella åtgärder vidtas för att eliminera den ojämna fördelningen av ström i enskilda enheter, vilket beror på att deras strömspänningsegenskaper inte är identiska i det ledande tillståndet och fördelningen av starttiden.

Styrblock 2 innehåller enheter som väljer och kommer ihåg kommandon som kommer från styr- eller skyddskropparna, genererar styrpulser med inställda parametrar, synkroniserar ankomsten av dessa pulser vid tyristoringångarna med de moment då strömmen i lasten korsar noll.

Styrenhetens krets blir mycket mer komplex om enheten, förutom kretskopplingsfunktionen, måste reglera spänning och ström. I detta fall kompletteras den med en fasstyranordning, som ger en förskjutning av styrpulserna med en given vinkel i förhållande till nollströmmen.

Sensorblocket för apparatens 3 driftläge innehåller mätanordningar för ström och spänning, skyddsreläer för olika ändamål, en krets för generering av logiska kommandon och signalering av apparatens omkopplingsläge.

Den forcerade omkopplingsanordningen 4 kombinerar en kondensatorbank, dess laddningskrets och switchande tyristorer. I växelströmsmaskiner finns denna enhet endast om de används som skydd (strömbrytare).

Enhetens kraftdel kan göras enligt ett schema med antiparallell anslutning av tyristorer (se figur 1), baserat på en symmetrisk tyristor (triac) (figur 2, a) och i olika kombinationer av tyristorer och dioder (figur 2, b och c).

I varje specifikt fall, när du väljer ett kretsalternativ, bör följande faktorer beaktas: spännings- och strömparametrarna för enheten som utvecklas, antalet enheter som används, den långsiktiga belastningskapaciteten och motståndet mot strömöverbelastningar, graden av komplexitet för tyristorhanteringen, vikt och storlekskrav och kostnad.

Figur 1 — Blockschema över en AC-tyristorenhet

Figur 2 — Strömblock för AC-halvledarenheter

En jämförelse av effektblocken som visas i figurerna 1 och 2 visar att schemat med antiparallellkopplade tyristorer har de största fördelarna.Ett sådant schema innehåller färre enheter, har mindre dimensioner, vikt, energiförlust och kostnad.

Jämfört med triacs har tyristorer med enkelriktad (envägs) ledning högre ström- och spänningsparametrar och kan motstå betydligt större strömöverbelastningar.

Tabletttyristorer har en högre termisk cykel. Därför kan en krets som använder triacs rekommenderas för omkoppling av strömmar som i regel inte överstiger strömstyrkan för en enda enhet, det vill säga när deras gruppanslutning inte krävs. Observera att användningen av triacs hjälper till att förenkla styrsystemet för strömförsörjningsenheten, den måste innehålla en utgångskanal till apparatens pol.

Schema som visas i figur 2, b, c illustrerar möjligheten att konstruera växelströmsomkopplingsanordningar med användning av dioder. Båda systemen är lätta att hantera, men har nackdelar på grund av användningen av ett stort antal enheter.

I kretsen i figur 2, b, omvandlas kraftkällans växelspänning till en fullvågsspänning med en polaritet med användning av en diodbrygglikriktare. Som ett resultat blir endast en tyristor ansluten vid utgången av likriktarbryggan (i bryggans diagonal) kapabel att styra strömmen i lasten under de två halvcyklerna, om styrningen i början av varje halvcykel pulser tas emot vid dess ingång. Kretsen stängs av vid närmaste nollgenomgång av belastningsströmmen efter att genereringen av styrpulser har stoppats.

Man bör dock komma ihåg att tillförlitlig utlösning av kretsen säkerställs endast med en minimal induktans av kretsen på sidan av den likriktade strömmen. Annars, även om spänningen sjunker till noll i slutet av halvcykeln, kommer ström att fortsätta att flyta genom tyristorn, vilket förhindrar att den stängs av. Faran för nödlöst utlösning av kretsen (utan utlösning) uppstår även när matningsspänningens frekvens ökar.

I kretsen, i figur 2, styrs belastningen av två tyristorer som är sammankopplade, som var och en manipuleras i motsatt riktning av en okontrollerad ventil. Eftersom tyristorernas katoder i ett sådant sammanhang har samma potential, tillåter detta användningen av styrpulsgeneratorer med en utgång eller två utgång med gemensam jord.

De schematiska diagrammen för sådana generatorer är mycket förenklade. Dessutom är tyristorerna i kretsen, i figur 2, c, skyddade mot omvänd spänning och bör därför endast väljas för framåtspänning.

När det gäller dimensioner, tekniska egenskaper och ekonomiska indikatorer är enheterna gjorda enligt scheman som visas i figur 2, b, c sämre än omkopplingsanordningarna vars kretsar visas i figurerna 1 c, 2, a. Ändå används de i stor utsträckning i automations- och reläskyddsanordningar, där kopplingseffekten mäts i hundratals watt. I synnerhet kan de användas som utgångsenheter för pulsformare för att styra tyristorblock av kraftfullare enheter.

Timofeev A.S.