AC-halfgeleiderapparaten

Het schematische diagram en ontwerp van AC halfgeleider elektrische apparaten worden bepaald door het doel, de vereisten en de bedrijfsomstandigheden. Met de brede toepassing die contactloze apparaten vinden, is er een breed scala aan mogelijkheden voor de implementatie ervan. Ze kunnen echter allemaal worden weergegeven door een algemeen blokdiagram dat het vereiste aantal functionele blokken en hun interactie laat zien.

Figuur 1 toont een blokschema van een AC-halfgeleiderapparaat in unipolaire constructie. Het omvat vier functioneel complete eenheden.

De voedingseenheid 1 met overspanningsbeveiligingselementen (RC-circuit in figuur 1) is de basis van het schakelapparaat, het uitvoerende orgaan. Het kan worden gedaan op basis van alleen gecontroleerde kleppen - thyristors of met behulp van diodes.

Bij het ontwerpen van een apparaat voor stroom die de stroomlimieten van een enkel apparaat overschrijdt, is het noodzakelijk om ze parallel aan te sluiten.In dit geval moeten speciale maatregelen worden genomen om de ongelijke stroomverdeling in afzonderlijke apparaten te elimineren, wat te wijten is aan de niet-identiteit van hun stroom-spanningskarakteristieken in de geleidende toestand en de verdeling van de inschakeltijd.

Besturingsblok 2 bevat apparaten die commando's selecteren en onthouden die afkomstig zijn van de besturings- of beveiligingsinstanties, besturingspulsen genereren met ingestelde parameters, de aankomst van deze pulsen op de thyristoringangen synchroniseren met de momenten waarop de stroom in de belasting nul overschrijdt.

De schakeling van de besturingseenheid wordt veel complexer als het apparaat naast de circuitschakelfunctie spanning en stroom moet regelen. In dit geval wordt het aangevuld met een fasebesturingsapparaat, dat zorgt voor een verschuiving van de stuurpulsen met een bepaalde hoek ten opzichte van de nulstroom.

Het blok sensoren voor de bedrijfsmodus van het apparaat 3 bevat meetinrichtingen voor stroom en spanning, beveiligingsrelais voor diverse doeleinden, een schakeling voor het genereren van logische commando's en het signaleren van de schakelstand van het apparaat.

Het geforceerde schakelapparaat 4 combineert een condensatorbank, zijn laadcircuit en schakelende thyristors. In wisselstroommachines is dit apparaat alleen aanwezig als ze worden gebruikt als beveiliging (stroomonderbrekers).

Het vermogensgedeelte van het apparaat kan worden gemaakt volgens een schema met antiparallelle aansluiting van thyristors (zie figuur 1), gebaseerd op een symmetrische thyristor (triac) (figuur 2, a) en in verschillende combinaties van thyristors en diodes (figuur 2, b en c).

In elk specifiek geval moet bij het kiezen van een circuitoptie rekening worden gehouden met de volgende factoren: de spannings- en stroomparameters van het apparaat dat wordt ontwikkeld, het aantal gebruikte apparaten, het draagvermogen op lange termijn en weerstand tegen stroomoverbelastingen, de mate van complexiteit van de bediening van de thyristor, vereisten voor gewicht en grootte en kosten.

Figuur 1 — Blokschema van een AC-thyristorapparaat

Figuur 2 — Vermogensblokken van AC-halfgeleiderapparaten

Een vergelijking van de vermogensblokken weergegeven in figuur 1 en 2 leert dat het schema met anti-parallel geschakelde thyristors de grootste voordelen heeft: zo'n schema bevat minder apparaten, heeft kleinere afmetingen, gewicht, energieverlies en kosten.

In vergelijking met triacs hebben thyristors met unidirectionele (eenrichtings) geleiding hogere stroom- en spanningsparameters en zijn ze bestand tegen aanzienlijk grotere stroomoverbelastingen.

Tabletthyristors hebben een hogere thermische cyclus. Daarom kan een circuit met triacs worden aanbevolen voor het schakelen van stromen die in de regel de nominale stroom van een enkel apparaat niet overschrijden, dat wil zeggen wanneer hun groepsverbinding niet vereist is. Merk op dat het gebruik van triacs helpt om het besturingssysteem van de voedingseenheid te vereenvoudigen, het moet een uitgangskanaal naar de pool van het apparaat bevatten.

De schema's getoond in figuur 2, b, c illustreren de mogelijkheid om wisselstroomschakelapparaten te ontwerpen met behulp van diodes. Beide schema's zijn eenvoudig te beheren, maar hebben nadelen vanwege het gebruik van een groot aantal apparaten.

In het circuit van figuur 2, b, wordt de wisselspanning van de stroombron omgezet in een dubbelfasige spanning van één polariteit met behulp van een diodebruggelijkrichter. Dientengevolge kan slechts één thyristor die is aangesloten op de uitgang van de gelijkrichterbrug (in de diagonaal van de brug) de stroom in de belasting gedurende de twee halve cycli regelen, als aan het begin van elke halve cyclus de besturing pulsen worden ontvangen aan de ingang. Het circuit wordt uitgeschakeld bij de dichtstbijzijnde nuldoorgang van de belastingsstroom na het stoppen van het genereren van stuurpulsen.

Houd er echter rekening mee dat een betrouwbare uitschakeling van het circuit alleen is gegarandeerd met een minimale inductantie van het circuit aan de kant van de gelijkgerichte stroom. Anders zal er, zelfs als de spanning aan het einde van de halve cyclus tot nul daalt, stroom door de thyristor blijven stromen, waardoor wordt voorkomen dat deze wordt uitgeschakeld. Het gevaar van nooduitschakeling van het circuit (zonder uitschakeling) doet zich ook voor wanneer de frequentie van de voedingsspanning toeneemt.

In het circuit, in figuur 2, wordt de belasting bestuurd door twee met elkaar verbonden thyristors, die elk in de tegenovergestelde richting worden gemanipuleerd door een ongecontroleerde klep. Aangezien in een dergelijke verbinding de kathodes van de thyristors op hetzelfde potentiaal staan, is het gebruik van stuurpulsgeneratoren met één uitgang of twee uitgangen met een gemeenschappelijke aarde mogelijk.

De schematische diagrammen van dergelijke generatoren zijn sterk vereenvoudigd. Bovendien zijn de thyristors in het circuit, in figuur 2, c, beschermd tegen sperspanning en moeten daarom alleen voor doorlaatspanning worden geselecteerd.

In termen van afmetingen, technische kenmerken en economische indicatoren zijn de apparaten gemaakt volgens de schema's getoond in figuur 2, b, c inferieur aan de schakelapparaten waarvan de circuits worden getoond in figuren 1 c, 2, a. Desalniettemin worden ze veel gebruikt in automatiserings- en relaisbeveiligingsapparaten, waarbij het schakelvermogen wordt gemeten in honderden watts. Ze kunnen met name worden gebruikt als uitvoerapparaten van pulsvormers om thyristorblokken van krachtigere apparaten te besturen.

Timofeev AS