Полупроводнички уређаји наизменичне струје

Шематски дијаграм и дизајн полупроводничких електричних уређаја наизменичне струје одређени су наменом, захтевима и условима рада. Уз широку примену коју проналазе бесконтактни уређаји, постоји широк спектар могућности за њихову примену. Међутим, сви они могу бити представљени генерализованим блок дијаграмом који приказује потребан број функционалних блокова и њихову интеракцију.

На слици 1 приказан је блок дијаграм полупроводничког уређаја наизменичне струје у униполарној конструкцији. Обухвата четири функционално комплетне целине.

Јединица за напајање 1 са елементима за заштиту од пренапона (РЦ-коло на слици 1) је основа склопног уређаја, његово извршно тело. То се може урадити на основу само контролисаних вентила - тиристора или уз помоћ диода.

Приликом пројектовања уређаја за струју која прелази границе струје једног уређаја, потребно их је повезати паралелно.У овом случају морају се предузети посебне мере за отклањање неравномерне дистрибуције струје у појединачним уређајима, што је последица неидентичности њихових струјно-напонских карактеристика у проводном стању и расподеле времена укључивања.

Управљачки блок 2 садржи уређаје који бирају и памте команде које долазе од управљачких или заштитних тела, генеришу управљачке импулсе са задатим параметрима, синхронизују долазак ових импулса на тиристорске улазе са тренуцима када струја у оптерећењу пређе нулу.

Коло контролне јединице постаје много сложеније ако уређај, поред функције комутације кола, мора да регулише напон и струју. У овом случају, допуњен је уређајем за контролу фазе, који обезбеђује померање контролних импулса за дати угао у односу на нулту струју.

Блок сензора за режим рада апарата 3 садржи мерне уређаје за струју и напон, заштитне релеје различите намене, коло за генерисање логичких команди и сигнализацију уклопног положаја апарата.

Присилни прекидач 4 комбинује кондензаторску банку, њено коло за пуњење и прекидачке тиристоре. У машинама наизменичне струје овај уређај се налази само ако се користе као заштита (прекидачи).

Снажни део уређаја може се израдити према шеми са антипаралелним везом тиристора (види слику 1), на бази симетричног тиристора (триака) (слика 2, а) иу различитим комбинацијама тиристора и диода (слика 2, б и ц).

У сваком конкретном случају, приликом избора опције кола, треба узети у обзир следеће факторе: параметре напона и струје уређаја који се развија, број уређаја који се користе, дугорочну носивост и отпорност на струјна преоптерећења, степен сложености руковања тиристором, захтеви за тежину и величину и цену.

Слика 1 — Блок шема тиристорског уређаја наизменичне струје

Слика 2 — Енергетски блокови полупроводничких уређаја наизменичне струје

Поређење енергетских блокова приказаних на сликама 1 и 2 показује да највеће предности има шема са антипаралелно повезаним тиристорима.Таква шема садржи мање уређаја, има мање димензије, тежину, губитак енергије и цену.

У поређењу са триацима, тиристори са једносмерним (једносмерним) провођењем имају веће параметре струје и напона и способни су да издрже знатно већа струјна преоптерећења.

Таблетни тиристори имају већи термички циклус. Због тога се коло које користи триац може препоручити за комутационе струје које, по правилу, не прелазе струјну вредност једног уређаја, односно када њихова групна веза није потребна. Имајте на уму да употреба тријака помаже да се поједностави контролни систем јединице за напајање, мора да садржи излазни канал до пола апарата.

Шеме приказане на слици 2, б, ц илуструју могућност пројектовања склопних уређаја наизменичне струје коришћењем диода. Обе шеме су лаке за управљање, али имају недостатке због употребе великог броја уређаја.

У колу на слици 2, б, наизменични напон извора напајања се претвара у пуноталасни напон једног поларитета помоћу диодног мостног исправљача. Као резултат тога, само један тиристор повезан на излазу исправљачког моста (у дијагонали моста) постаје способан да контролише струју у оптерећењу током два полупериода, ако на почетку сваког полупериода контрола на његовом улазу се примају импулси. Коло се искључује на најближем преласку нуле струје оптерећења након престанка генерисања контролних импулса.

Треба, међутим, имати на уму да је поуздано искључивање кола обезбеђено само уз минималну индуктивност кола на страни исправљене струје. У супротном, чак и ако напон падне на нулу на крају полуциклуса, струја ће наставити да тече кроз тиристор, спречавајући га да се искључи. Опасност од хитног искључења кола (без окидања) настаје и када се повећа фреквенција напона напајања.

У колу, на слици 2, оптерећење се контролише помоћу два тиристора спојена заједно, од којих се сваким манипулише у супротном смеру помоћу неконтролисаног вентила. Пошто су у таквој вези катоде тиристора на истом потенцијалу, то омогућава употребу генератора управљачких импулса са једним или два излаза са заједничком земљом.

Шематски дијаграми таквих генератора су знатно поједностављени. Поред тога, тиристори у колу, на слици 2, ц, заштићени су од обрнутог напона и стога их треба изабрати само за напон унапред.

По димензијама, техничким карактеристикама и економским показатељима, уређаји израђени према шемама приказаним на слици 2, б, ц су инфериорни у односу на склопне уређаје чија су кола приказана на сликама 1 ц, 2, а. Ипак, они се широко користе у уређајима за аутоматизацију и релејну заштиту, где се снага пребацивања мери стотинама вати. Конкретно, могу се користити као излазни уређаји за обликовање импулса за контролу тиристорских блокова моћнијих уређаја.

Тимофеев А.С.