AC polprevodniške naprave
Shematski diagram in zasnova polprevodniških električnih naprav AC sta določena z namenom, zahtevami in pogoji delovanja. Zaradi široke uporabe, ki jo najdejo brezkontaktne naprave, obstaja veliko možnosti za njihovo izvedbo. Vse pa je mogoče predstaviti s splošnim blokovnim diagramom, ki prikazuje potrebno število funkcionalnih blokov in njihovo interakcijo.
Slika 1 prikazuje blokovni diagram polprevodniške naprave AC v unipolarni konstrukciji. Obsega štiri funkcionalno zaključene enote.
Napajalna enota 1 z elementi za zaščito pred prenapetostjo (RC-vezje na sliki 1) je osnova stikalne naprave, njen izvršilni organ. Lahko se izvaja samo na osnovi krmiljenih ventilov - tiristorjev ali s pomočjo diod.
Pri načrtovanju naprave za tok, ki presega tokovne meje posamezne naprave, jih je potrebno povezati vzporedno.V tem primeru je treba sprejeti posebne ukrepe za odpravo neenakomerne porazdelitve toka v posameznih napravah, ki je posledica neidentičnosti njihovih tokovno-napetostnih karakteristik v prevodnem stanju in porazdelitve časa vklopa.
Krmilni blok 2 vsebuje naprave, ki izbirajo in zapomnijo ukaze, ki prihajajo iz krmilnih ali zaščitnih organov, ustvarjajo krmilne impulze z nastavljenimi parametri, sinhronizirajo prihod teh impulzov na vhode tiristorjev s trenutki, ko tok v bremenu prečka nič.
Vezje krmilne enote postane veliko bolj zapleteno, če mora naprava poleg preklopne funkcije regulirati napetost in tok. V tem primeru ga dopolnjuje fazna krmilna naprava, ki zagotavlja premik krmilnih impulzov za določen kot glede na ničelni tok.
Blok senzorjev za način delovanja aparata 3 vsebuje merilne naprave za tok in napetost, zaščitne releje za različne namene, vezje za generiranje logičnih ukazov in signalizacijo preklopnega položaja aparata.
Prisilna preklopna naprava 4 združuje kondenzatorsko banko, njeno polnilno vezje in preklopne tiristorje. V strojih z izmeničnim tokom je ta naprava vsebovana le, če se uporabljajo kot zaščita (odklopniki).
Napajalni del naprave je lahko izdelan po shemi z antiparalelno povezavo tiristorjev (glej sliko 1), ki temelji na simetričnem tiristorju (triac) (slika 2, a) in v različnih kombinacijah tiristorjev in diod (slika 2, b in c ).
V vsakem posameznem primeru je treba pri izbiri možnosti vezja upoštevati naslednje dejavnike: parametre napetosti in toka naprave, ki se razvija, število uporabljenih naprav, dolgoročno nosilnost in odpornost na tokovne preobremenitve, stopnja zahtevnosti ravnanja s tiristorjem, zahteve glede teže in velikosti ter stroški.
Slika 1 - Blok diagram tiristorske naprave AC
Slika 2 — Napajalni bloki polprevodniških naprav izmeničnega toka
Primerjava napajalnih blokov, prikazanih na slikah 1 in 2, pokaže, da ima največje prednosti shema z nasprotno vzporedno vezanimi tiristorji, ki vsebuje manj naprav, ima manjše dimenzije, težo, izgube energije in ceno.
Tiristorji z enosmerno (enosmerno) prevodnostjo imajo v primerjavi s triaki višje tokovne in napetostne parametre ter lahko prenesejo bistveno večje tokovne preobremenitve.
Tabletni tiristorji imajo višji toplotni cikel. Zato je mogoče priporočiti vezje s triaki za preklapljanje tokov, ki praviloma ne presegajo nazivnega toka posamezne naprave, to je, ko njihova skupinska povezava ni potrebna. Upoštevajte, da uporaba triakov pomaga poenostaviti nadzorni sistem napajalne enote, vsebovati mora izhodni kanal do pola aparata.
Sheme, prikazane na sliki 2, b, c, prikazujejo možnost oblikovanja stikalnih naprav za izmenični tok z uporabo diod. Obe shemi sta enostavni za upravljanje, vendar imata pomanjkljivosti zaradi uporabe velikega števila naprav.
V vezju na sliki 2, b se izmenična napetost vira energije pretvori v napetost polnega vala ene polarnosti z uporabo diodnega mostičnega usmernika. Posledica tega je, da samo en tiristor, priključen na izhodu usmerniškega mostu (v diagonali mostu), postane sposoben krmiliti tok v bremenu med obema pol-cikloma, če je na začetku vsakega pol-cikla krmiljenje na njegovem vhodu se sprejemajo impulzi. Tokokrog se izklopi pri najbližjem prehodu obremenitvenega toka skozi ničlo po prekinitvi generiranja krmilnih impulzov.
Upoštevati pa je treba, da je zanesljivo proženje tokokroga zagotovljeno le z minimalno induktivnostjo tokokroga na strani usmerjenega toka. V nasprotnem primeru, tudi če napetost na koncu pol-cikla pade na nič, bo tok še naprej tekel skozi tiristor in preprečil, da bi se izklopil. Nevarnost zasilnega izklopa tokokroga (brez izklopa) se pojavi tudi pri povečanju frekvence napajalne napetosti.
V tokokrogu na sliki 2 obremenitev krmilita dva tiristorja, povezana skupaj, od katerih vsakega v nasprotni smeri upravlja nekrmiljen ventil. Ker sta pri taki povezavi katodi tiristorjev na enakem potencialu, to omogoča uporabo enoizhodnih ali dvoizhodnih generatorjev krmilnih impulzov s skupno maso.
Shematski diagrami takih generatorjev so zelo poenostavljeni. Poleg tega so tiristorji v tokokrogu na sliki 2, c zaščiteni pred povratno napetostjo in jih je zato treba izbrati samo za napetost naprej.
Glede na dimenzije, tehnične značilnosti in ekonomske kazalnike so naprave, izdelane po shemah, prikazanih na sliki 2, b, c, slabše od stikalnih naprav, katerih vezja so prikazana na slikah 1 c, 2, a. Kljub temu se pogosto uporabljajo v napravah za avtomatizacijo in relejno zaščito, kjer se preklopna moč meri v stotinah vatov. Zlasti jih je mogoče uporabiti kot izhodne naprave oblikovalcev impulzov za krmiljenje tiristorskih blokov močnejših naprav.
Timofeev A.S.