Maiņstrāvas pusvadītāju ierīces

Maiņstrāvas pusvadītāju elektrisko ierīču shematisko shēmu un dizainu nosaka mērķis, prasības un ekspluatācijas apstākļi. Ar plašo pielietojumu, ko atrod bezkontakta ierīces, ir daudz dažādu iespēju to ieviešanai. Tomēr tos visus var attēlot ar vispārinātu blokshēmu, kas parāda nepieciešamo funkcionālo bloku skaitu un to mijiedarbību.

1. attēlā parādīta maiņstrāvas pusvadītāju ierīces blokshēma vienpolārā konstrukcijā. Tas ietver četras funkcionāli pabeigtas vienības.

Strāvas padeves bloks 1 ar pārsprieguma aizsardzības elementiem (RC-shēma 1. attēlā) ir komutācijas ierīces pamats, tās izpildinstitūcija. To var izdarīt, pamatojoties tikai uz vadāmiem vārstiem - tiristori vai ar diožu palīdzību.

Projektējot ierīci strāvai, kas pārsniedz vienas ierīces strāvas ierobežojumus, ir nepieciešams tos savienot paralēli.Šajā gadījumā ir jāveic īpaši pasākumi, lai novērstu nevienmērīgu strāvas sadalījumu atsevišķās ierīcēs, kas rodas to strāvas-sprieguma raksturlielumu neidentitātes dēļ vadošā stāvoklī un ieslēgšanas laika sadalījumu.

Vadības blokā 2 atrodas ierīces, kas atlasa un atceras komandas, kas nāk no vadības vai aizsardzības korpusiem, ģenerē vadības impulsus ar iestatītajiem parametriem, sinhronizē šo impulsu pienākšanu tiristora ieejās ar brīžiem, kad strāva slodzē šķērso nulli.

Vadības bloka shēma kļūst daudz sarežģītāka, ja ierīcei papildus ķēdes pārslēgšanas funkcijai ir jāregulē spriegums un strāva. Šajā gadījumā to papildina fāzes vadības ierīce, kas nodrošina vadības impulsu nobīdi par noteiktu leņķi attiecībā pret nulles strāvu.

Aparāta 3 darbības režīma sensoru blokā ir strāvas un sprieguma mērierīces, dažādu mērķu aizsargreleji, ķēde loģisku komandu ģenerēšanai un aparāta pārslēgšanas stāvokļa signalizācijai.

Piespiedu komutācijas ierīce 4 apvieno kondensatoru banku, tās uzlādes ķēdi un komutācijas tiristorus. Maiņstrāvas iekārtās šī ierīce atrodas tikai tad, ja tos izmanto kā aizsardzību (automātiskos slēdžus).

Ierīces jaudas daļu var izgatavot pēc shēmas ar tiristoru pretparalēlu savienojumu (sk. 1. attēlu), pamatojoties uz simetrisku tiristoru (triac) (2. attēls, a) un dažādās tiristoru un diožu kombinācijās (2. attēls, b un c).

Katrā konkrētajā gadījumā, izvēloties ķēdes opciju, jāņem vērā šādi faktori: izstrādājamās ierīces sprieguma un strāvas parametri, izmantoto ierīču skaits, ilgtermiņa slodzes nestspēja un izturība pret strāvas pārslodzēm, tiristoru apstrādes sarežģītības pakāpe, svara un izmēra prasības un izmaksas.

1. attēls — maiņstrāvas tiristoru ierīces blokshēma

2. attēls. Maiņstrāvas pusvadītāju ierīču barošanas bloki

Salīdzinot 1. un 2. attēlā redzamos barošanas blokus, redzams, ka vislielākās priekšrocības ir shēmai ar pretparalēli savienotiem tiristoriem.Šāda shēma satur mazāk ierīču, tai ir mazāki izmēri, svars, enerģijas zudumi un izmaksas.

Salīdzinot ar triakiem, tiristori ar vienvirziena (vienvirziena) vadītspēju ir ar lielākiem strāvas un sprieguma parametriem un spēj izturēt ievērojami lielākas strāvas pārslodzes.

Planšetdatoru tiristoriem ir augstāks termiskais cikls. Tāpēc, lai pārslēgtu strāvu, kas parasti nepārsniedz vienas ierīces strāvas nominālu, tas ir, ja to grupas savienojums nav nepieciešams, var ieteikt ķēdi, izmantojot triacs. Ņemiet vērā, ka triaku izmantošana palīdz vienkāršot barošanas bloka vadības sistēmu, tai jābūt izejas kanālam uz aparāta polu.

Shēmas, kas parādītas 2., b, c attēlā, ilustrē iespēju projektēt maiņstrāvas komutācijas ierīces, izmantojot diodes. Abas shēmas ir viegli pārvaldāmas, taču tām ir trūkumi, jo tiek izmantots liels ierīču skaits.

2. attēlā redzamajā shēmā b strāvas avota mainīgais spriegums tiek pārveidots par vienas polaritātes pilna viļņa spriegumu, izmantojot diodes tilta taisngriezi. Rezultātā tikai viens tiristors, kas pieslēgts taisngrieža tilta izejā (tilta diagonālē), kļūst spējīgs kontrolēt strāvu slodzē divu pusciklu laikā, ja katra pusperioda sākumā regulē impulsi tiek saņemti tā ieejā. Ķēde tiek izslēgta pie tuvākās slodzes strāvas nulles krustojuma pēc vadības impulsu ģenerēšanas apturēšanas.

Tomēr jāpatur prātā, ka uzticama ķēdes atslēgšana tiek nodrošināta tikai ar minimālu ķēdes induktivitāti taisnās strāvas pusē. Pretējā gadījumā, pat ja pusperioda beigās spriegums nokrītas līdz nullei, strāva turpinās plūst caur tiristoru, neļaujot tam izslēgties. Ķēdes avārijas atslēgšanās briesmas (bez atslēgšanas) rodas arī tad, ja barošanas sprieguma frekvence palielinās.

Ķēdē 2. attēlā slodzi kontrolē divi kopā savienoti tiristori, no kuriem katrs tiek manipulēts pretējā virzienā ar nekontrolētu vārstu. Tā kā šādā savienojumā tiristoru katodiem ir vienāds potenciāls, tas ļauj izmantot vienas izejas vai divu izeju vadības impulsu ģeneratorus ar kopīgu zemējumu.

Šādu ģeneratoru shematiskās diagrammas ir ievērojami vienkāršotas. Turklāt tiristori ķēdē, 2. attēlā, c, ir aizsargāti pret pretējo spriegumu, un tāpēc tie jāizvēlas tikai tiešajam spriegumam.

Pēc izmēriem, tehniskajiem parametriem un ekonomiskajiem rādītājiem ierīces, kas izgatavotas saskaņā ar shēmām, kas parādītas 2., b, c attēlā, ir zemākas par komutācijas ierīcēm, kuru ķēdes ir parādītas 1. c, 2, a attēlā. Neskatoties uz to, tos plaši izmanto automatizācijas un releju aizsardzības ierīcēs, kur pārslēgšanas jaudu mēra simtos vatos. Jo īpaši tos var izmantot kā impulsu veidotāju izvadierīces, lai kontrolētu jaudīgāku ierīču tiristoru blokus.

Timofejevs A.S.