Poluvodički uređaji izmjenične struje
Principski dijagram i izvedba izmjeničnih poluvodičkih električnih uređaja određeni su namjenom, zahtjevima i uvjetima rada. Uz široku primjenu koju beskontaktni uređaji nalaze, širok je izbor mogućnosti njihove implementacije. Međutim, svi oni mogu se prikazati generaliziranim blok dijagramom koji prikazuje potreban broj funkcionalnih blokova i njihovu interakciju.
Na slici 1 prikazana je blok shema izmjenične poluvodičke naprave u unipolarnoj konstrukciji. Obuhvaća četiri funkcionalno zaokružene cjeline.
Jedinica napajanja 1 s elementima za zaštitu od prenapona (RC-krug na slici 1) osnova je rasklopnog uređaja, njegovog izvršnog tijela. Može se izvoditi samo na temelju upravljanih ventila - tiristora ili uz pomoć dioda.
Kod projektiranja uređaja za struju koja prelazi strujne granice jednog uređaja potrebno ih je spojiti paralelno.U tom slučaju moraju se poduzeti posebne mjere za uklanjanje neravnomjerne raspodjele struje u pojedinim uređajima, što je posljedica neidentičnosti njihovih strujno-naponskih karakteristika u vodljivom stanju i raspodjele vremena uključivanja.
Upravljački blok 2 sadrži uređaje koji odabiru i pamte naredbe koje dolaze od upravljačkih ili zaštitnih tijela, generiraju upravljačke impulse sa zadanim parametrima, sinkroniziraju dolazak tih impulsa na ulaze tiristora s trenucima kada struja u opterećenju prelazi nulu.
Krug upravljačke jedinice postaje znatno složeniji ako uređaj, osim funkcije sklopke strujnog kruga, mora regulirati napon i struju. U ovom slučaju, dopunjen je uređajem za kontrolu faze, koji osigurava pomak upravljačkih impulsa za zadani kut u odnosu na nultu struju.
Blok senzora za način rada aparata 3 sadrži mjerne uređaje za struju i napon, zaštitne releje za razne namjene, sklop za generiranje logičkih naredbi i signalizaciju uklopnog položaja aparata.
Prisilni sklopni uređaj 4 kombinira kondenzatorsku bateriju, njezin krug za punjenje i sklopne tiristore. U strojevima za izmjeničnu struju ovaj je uređaj sadržan samo ako se koriste kao zaštita (prekidači strujnog kruga).
Energetski dio uređaja može se izvesti prema shemi s antiparalelnim spojem tiristora (vidi sliku 1), na temelju simetričnog tiristora (triac) (slika 2, a) iu različitim kombinacijama tiristora i dioda (slika 2, b i c ).
U svakom konkretnom slučaju, pri odabiru opcije kruga, treba uzeti u obzir sljedeće čimbenike: parametre napona i struje uređaja koji se razvija, broj korištenih uređaja, dugotrajnu nosivost opterećenja i otpornost na strujna preopterećenja, stupanj složenosti rukovanja tiristorom, zahtjevi za težinu i veličinu te cijenu.
Slika 1 — Blok dijagram izmjeničnog tiristorskog uređaja
Slika 2 — Energetski blokovi izmjeničnih poluvodičkih uređaja
Usporedbom energetskih blokova prikazanih na slikama 1. i 2. vidi se da najveće prednosti ima shema s protuparalelno spojenim tiristorima, koja sadrži manje uređaja, ima manje dimenzije, težinu, gubitak energije i cijenu.
U usporedbi s triacima, tiristori s jednosmjernim (jednosmjernim) provođenjem imaju veće parametre struje i napona i mogu izdržati znatno veća strujna preopterećenja.
Tablet tiristori imaju veći toplinski ciklus. Stoga se krug koji koristi triac može preporučiti za prebacivanje struja koje u pravilu ne prelaze nazivnu struju jednog uređaja, odnosno kada nije potrebna njihova grupna veza. Imajte na umu da upotreba triaca pomaže pojednostaviti sustav upravljanja jedinicom napajanja, mora sadržavati izlazni kanal do pola aparata.
Sheme prikazane na slici 2, b, c ilustriraju mogućnost projektiranja sklopnih uređaja izmjenične struje pomoću dioda. Obje sheme su jednostavne za upravljanje, ali imaju nedostatke zbog korištenja velikog broja uređaja.
U krugu na slici 2, b, izmjenični napon izvora napajanja pretvara se u napon punog vala jednog polariteta pomoću diodnog mostnog ispravljača. Kao rezultat toga, samo jedan tiristor spojen na izlazu ispravljačkog mosta (u dijagonali mosta) postaje sposoban kontrolirati struju u opterećenju tijekom dva poluciklusa, ako na početku svakog poluciklusa kontrola na njegov ulaz se primaju impulsi. Krug se isključuje pri najbližem prelasku nule struje opterećenja nakon zaustavljanja generiranja upravljačkih impulsa.
Treba, međutim, imati na umu da je pouzdano okidanje kruga osigurano samo uz minimalni induktivitet kruga na strani ispravljene struje. Inače, čak i ako napon padne na nulu na kraju poluciklusa, struja će nastaviti teći kroz tiristor, sprječavajući ga da se isključi. Opasnost od hitnog okidanja strujnog kruga (bez okidanja) javlja se i pri porastu frekvencije opskrbnog napona.
U krugu, na slici 2, opterećenjem upravljaju dva tiristora povezana zajedno, od kojih se svakim upravlja u suprotnom smjeru pomoću nekontroliranog ventila. Budući da su u takvom spoju katode tiristora na istom potencijalu, to omogućuje upotrebu generatora upravljačkih impulsa s jednim ili dva izlaza sa zajedničkom masom.
Shematski dijagrami takvih generatora znatno su pojednostavljeni. Osim toga, tiristori u krugu, na slici 2, c, zaštićeni su od povratnog napona i stoga ih treba odabrati samo za prednji napon.
U pogledu dimenzija, tehničkih karakteristika i ekonomskih pokazatelja, uređaji izrađeni prema shemama prikazanim na slici 2, b, c su inferiorni u odnosu na sklopne uređaje čiji su krugovi prikazani na slikama 1 c, 2, a. Unatoč tome, naširoko se koriste u uređajima za automatizaciju i relejnu zaštitu, gdje se sklopna snaga mjeri u stotinama vata. Konkretno, mogu se koristiti kao izlazni uređaji za oblikovanje impulsa za upravljanje tiristorskim blokovima snažnijih uređaja.
Timofeev A.S.