AC félvezető eszközök

A váltakozó áramú félvezető elektromos készülékek vázlatos diagramját és kialakítását a cél, a követelmények és az üzemeltetési feltételek határozzák meg. Az érintés nélküli eszközök széleskörű alkalmazási lehetőségével sokféle megvalósítási lehetőség kínálkozik. Azonban mindegyik ábrázolható egy általánosított blokkdiagrammal, amely bemutatja a szükséges számú funkcionális blokkot és azok kölcsönhatását.

Az 1. ábra egy unipoláris felépítésű AC félvezető eszköz blokkvázlatát mutatja. Négy funkcionálisan komplett egységet tartalmaz.

A túlfeszültség-védelmi elemekkel ellátott 1 tápegység (RC-áramkör az 1. ábrán) a kapcsolóberendezés alapja, végrehajtó szerve. Ez csak vezérelt szelepek - tirisztorok vagy diódák segítségével történhet.

Az egyetlen eszköz áramkorlátját meghaladó áramerősségre tervezve azokat párhuzamosan kell csatlakoztatni.Ebben az esetben speciális intézkedéseket kell hozni az egyes készülékek árameloszlásának egyenetlenségének kiküszöbölésére, amely a vezető állapotban lévő áram-feszültség jellemzőik és a bekapcsolási idő eloszlása ​​miatt nem azonos.

A 2. vezérlőblokk olyan eszközöket tartalmaz, amelyek kiválasztják és megjegyzik a vezérlő- vagy védelmi testektől érkező parancsokat, beállított paraméterekkel állítanak elő vezérlőimpulzusokat, szinkronizálják ezen impulzusok megérkezését a tirisztor bemeneteire azokkal a pillanatokkal, amikor a terhelésben lévő áram átlépi a nullát.

Sokkal bonyolultabbá válik a vezérlőegység áramköre, ha a készüléknek az áramköri kapcsolási funkción kívül feszültséget és áramerősséget kell szabályoznia. Ebben az esetben egy fázisvezérlő berendezéssel egészül ki, amely a vezérlőimpulzusok adott szöggel történő eltolását biztosítja a nulla áramhoz képest.

A 3 berendezés működési módjának érzékelőblokkja áram- és feszültségmérő eszközöket, különféle célú védőreléket, logikai parancsok generálására és a berendezés kapcsolási helyzetének jelzésére szolgáló áramkört tartalmaz.

A 4 kényszerkapcsoló berendezés egy kondenzátortelepet, annak töltőáramkörét és a kapcsoló tirisztorokat egyesíti. A váltakozó áramú gépekben ez az eszköz csak akkor található meg, ha védelemként (megszakítóként) használják.

A készülék tápegysége a tirisztorok antipárhuzamos bekötésével (lásd 1. ábra), szimmetrikus tirisztor (triac) alapján (2. ábra, a) és tirisztorok és diódák különféle kombinációiban (2. ábra, 2. ábra, b és c ).

Minden egyes esetben az áramköri opció kiválasztásakor a következő tényezőket kell figyelembe venni: a fejlesztés alatt álló eszköz feszültség- és áramparaméterei, a használt eszközök száma, a hosszú távú teherbíró képesség és az áram túlterhelésekkel szembeni ellenállása, a tirisztor kezelésének bonyolultsági foka, súly- és méretkövetelmények és költség.

1. ábra – Egy váltakozó áramú tirisztoros eszköz blokkvázlata

2. ábra – AC félvezető eszközök tápblokkjai

Az 1. és 2. ábrán látható teljesítményblokkok összehasonlítása azt mutatja, hogy a legnagyobb előnyök az anti-párhuzamos bekötésű tirisztorokkal rendelkeznek, amelyek kevesebb eszközt tartalmaznak, kisebbek a méretei, súlya, energiavesztesége és költsége.

A triacokhoz képest az egyirányú (egyirányú) vezetésű tirisztorok nagyobb áram- és feszültségparaméterekkel rendelkeznek, és lényegesen nagyobb áramtúlterhelést is képesek elviselni.

A tablet tirisztorok termikus ciklusa magasabb. Ezért a triacokat használó áramkör ajánlható olyan áramok kapcsolására, amelyek általában nem haladják meg egyetlen eszköz névleges áramát, vagyis amikor nincs szükség csoportos csatlakozásra. Vegye figyelembe, hogy a triacok használata segít leegyszerűsíteni a tápegység vezérlési rendszerét, ennek tartalmaznia kell egy kimeneti csatornát a készülék pólusához.

A 2., b, c ábrán látható sémák szemléltetik a váltóáramú kapcsolókészülékek diódák felhasználásával történő tervezésének lehetőségét. Mindkét séma könnyen kezelhető, de vannak hátrányai a nagyszámú eszköz használata miatt.

A 2. b ábra szerinti áramkörben az áramforrás váltakozó feszültségét egy polaritású teljes hullámú feszültséggé alakítják át egy diódahíd egyenirányító segítségével. Ennek eredményeként csak egy, az egyenirányító híd kimenetére (a híd átlójában) csatlakoztatott tirisztor válik képessé a terhelésben lévő áram szabályozására a két félciklus alatt, ha minden félciklus elején a vezérlés impulzusok vétele a bemenetén történik. Az áramkör a vezérlőimpulzusok generálásának leállítása után a terhelőáram legközelebbi nulla-átlépésénél kikapcsol.

Figyelembe kell azonban venni, hogy az áramkör megbízható kioldása csak minimális induktivitás mellett biztosított az egyenirányított áram oldalán. Ellenkező esetben, még ha a feszültség nullára csökken is a félciklus végén, az áram továbbra is átfolyik a tirisztoron, megakadályozva annak kikapcsolását. Az áramkör vészkioldásának veszélye (kioldás nélkül) akkor is fennáll, ha a tápfeszültség frekvenciája nő.

A 2. ábrán látható áramkörben a terhelést két egymáshoz kapcsolt tirisztor szabályozza, amelyek mindegyikét ellentétes irányban egy szabályozatlan szelep szabályozza. Mivel ilyen kapcsolatban a tirisztorok katódjai azonos potenciálon vannak, ez lehetővé teszi egy- vagy kétkimenetes, közös földelésű vezérlő impulzusgenerátorok használatát.

Az ilyen generátorok sematikus diagramja jelentősen leegyszerűsödik. Ezenkívül az áramkörben lévő tirisztorok a 2. ábrán c) védve vannak a fordított feszültség ellen, ezért csak előremenő feszültségre szabad választani.

A méreteket, műszaki jellemzőket és gazdasági mutatókat tekintve a 2., b, c ábrán látható sémák szerint készült készülékek gyengébbek azoknál a kapcsolókészülékeknél, amelyek áramköreit az 1. c, 2., a. ábrák mutatják. Ennek ellenére széles körben használják automatizálási és relévédelmi berendezésekben, ahol a kapcsolási teljesítményt több száz wattban mérik. Különösen impulzusformálók kimeneti eszközeként használhatók erősebb eszközök tirisztorblokkjainak vezérlésére.

Timofejev A.S.