Напівпровідникові апарати змінного струму

Принципова схема і конструктивне виконання напівпровідникових електронних апаратів змінного струму визначаються призначенням, ставляться і критеріями роботи. При тому рясному застосуванні, яке знаходять безконтактні пристрої, існує велика різноманітність варіантів їх виконання. Тим не менш, вони все можуть бути представлені узагальненої структурної схемою, яка вказує необхідну кількість багатофункціональних блоків і їх взаємодія.

На малюнку 1 наведена структурна схема напівпровідникового апарату змінного струму в однополюсного виконанні. Вона містить в собі чотири функціонально закінчених вузла.

Силовий блок 1 з елементами захисту від перенапруг (RС-ланцюг на малюнку 1) є основою комутуючого пристрою, його виконавчим органом. Він може бути виконаний на базі тільки керованих вентилів - тиристорів або з впровадженням діодів.

При проектуванні апарату на струм, що перевершує граничне значення струму 1-го приладу, потрібно їх паралельне з`єднання. При цьому повинні вживати особливих заходів, що усувають нерівномірність розподілу струму по окремим пристроїв, яка обумовлена ​​не ідентичністю їх вольтамперних характеристик в провідному стані і розкидом часу включення.

Блок управління 2 містить пристрої, які виробляють селекцію і запам`ятовування команд, що надходять від органів управління або захисту, формують керуючі імпульси з даними параметрами, синхронізують надходження цих імпульсів на входи тиристорів з моментами переходу струму в навантаженні через нуль.

Схема блоку управління істотно ускладнюється, якщо апарат, не рахуючи функції коммутирования ланцюгів, повинен виробляти регулювання напруги і струму. В даному випадку вона доповнюється пристроєм фазового управління, що забезпечує зрушення імпульсів управління на даний кут по відношенню до нуля струму.

Блок датчиків режиму роботи апарату 3 містить вимірювальні пристрої струму і напруги, реле захисту різного призначення, схему вироблення логічних команд і сигналізації відключення повинне апарату.

Блок примусової комутації 4 об`єднує в собі конденсаторних батарей, схему її зарядки і комутуючі тиристори. В апаратах змінного струму цей блок міститься тільки за умови використання їх в якості захисту (автоматичних вимикачів).

Силова частина апарату може бути виконана за схемою зі зустрічно-паралельним включенням тиристорів (див. Малюнок 1), на базі симетричного тиристора (симистора) (малюнок 2, а) і в різних поєднаннях тиристорів і діодів (малюнок 2, б і в).

У кожному конкретному випадку при виборі варіанта схеми повинні враховуватися такі чинники: характеристики по напрузі і струму розробляється апарату, число застосовуваних пристроїв, здатність навантаження в тривалому режимі і стійкість до перевантажень по струму, ступінь труднощі управління тиристорами, вимоги до масою і габаритами, ціна.

Малюнок 1 - Структурна схема тиристорного апарату змінного струму

Малюнок 2 - Силові блоки напівпровідникових апаратів змінного струму

Зіставлення наведених на малюнку 1 і 2 силових блоків вказує, що великими перевагами володіє схема з зустрічно-паралельно включеними тиристорами. Така схема містить менше пристроїв, відрізняється найменшими габаритами, масою, енерговтратами і ціною.

У порівнянні з симисторами тиристори з однобокою (односпрямованої) провідністю мають більш високі показники по струму і напрузі, здатні витримувати значно більші перевантаження по струму.

Тиристори пігулки конструкції володіють більш високою термоціклічностью. Тому схему з впровадженням сімісторов можна радити для комутації струмів, що не перевищують, як правило, класифікаційне значення струму одиничного приладу, т. Е. Коли не потрібно групове їх з`єднання. Відзначимо, що застосування сімісторов сприяє спрощенню системи управління силовим блоком, повинен містити вихідний канал на полюс апарату.

Схеми, зображені на малюнку 2, б, в, ілюструє можливість проектування комутуючих пристроїв змінного струму із застосуванням діодів. Обидві ці схеми відрізняються простотою управління, але мають недоліки, обумовлені застосуванням великої кількості пристроїв.

У схемі на малюнку 2, б змінну напругу джерела живлення за допомогою випрямного діодного моста перетвориться в двохнапівперіодне пульсує напруга однієї полярності. У підсумку тільки один тиристор, включений на виході випрямного моста (в діагональ моста), стає здатним керувати струмом в навантаженні протягом обох напівперіодів, якщо на початку кожного напівперіоду на його вхід будуть надходити імпульси. Вимкнення схеми відбувається при ближньому переході струму навантаження через нуль після припинення генерування керуючих імпульсів.

Слід мати на увазі, але, що надійне вимикання схеми забезпечується тільки при малій індуктивності ланцюга на стороні випрямленої струму. В іншому випадку навіть при зниженні напруги в кінці напівперіоду до нуля струм буде продовжувати протікати через тиристор, перешкоджаючи його виключення. Небезпека аварійного режиму роботи схеми (Не виключення) виникає також при збільшенні частоти напруги живлення.

У схемі, на малюнку 2 в управління навантаженням здійснюється 2-мя зустрічно включеними тиристорами, кожний з яких шунтований в зворотному напрямку некерованим вентилем. Тому що при такому з`єднанні катоди тиристорів знаходяться під одним потенціалом, це дозволяє використовувати генератори керуючих імпульсів з одним виходом або з 2-ма виходами із загальним заземленням.

Принципові схеми таких генераторів істотно спрощуються. Крім того, тиристори в схемі, на малюнку 2, в, захищені від оборотного напруги і, як слід, повинні вибиратися тільки за прямим напрузі.

За габаритами, технічними характеристиками та економічними показниками пристрої, виконані за схемами, наведено-ним на малюнку 2, б, в, поступаються коммутирующим пристроїв, схеми яких показані на малюнках 1 в, 2, а. Тим не менш, вони широко використовуються в пристроях автоматики і релейного захисту, де потужність комутації вимірюється сотнями ват. А саме, вони можуть бути застосовані в якості вихідних пристроїв формирователей імпульсів для управління тиристорн блоками більш масивних пристроїв.

Тимофєєв А. С.

Школа для електрика