Dispositivos semiconductores de CA
El diagrama esquemático y el diseño de los dispositivos eléctricos semiconductores de CA están determinados por el propósito, los requisitos y las condiciones de funcionamiento. Con la amplia aplicación que encuentran los dispositivos sin contacto, existe una gran variedad de posibilidades para su implementación. Sin embargo, todos ellos pueden representarse mediante un diagrama de bloques generalizado que muestra el número requerido de bloques funcionales y su interacción.
La figura 1 muestra un diagrama de bloques de un dispositivo semiconductor de CA en construcción unipolar. Incluye cuatro unidades funcionalmente completas.
La unidad de fuente de alimentación 1 con elementos de protección contra sobretensiones (circuito RC en la Figura 1) es la base del dispositivo de conmutación, su órgano ejecutivo. Se puede hacer sobre la base de solo válvulas controladas: tiristores o con la ayuda de diodos.
Al diseñar un dispositivo para corriente que exceda los límites actuales de un solo dispositivo, es necesario conectarlos en paralelo.En este caso, se deben tomar medidas especiales para eliminar la distribución desigual de la corriente en los dispositivos individuales, que se debe a la falta de identidad de sus características de voltaje de corriente en el estado conductor y la distribución del tiempo de encendido.
El bloque de control 2 contiene dispositivos que seleccionan y recuerdan comandos provenientes de los cuerpos de control o protección, generan pulsos de control con parámetros establecidos, sincronizan la llegada de estos pulsos a las entradas de tiristores con los momentos en que la corriente en la carga cruza cero.
El circuito de la unidad de control se vuelve mucho más complejo si el dispositivo, además de la función de conmutación del circuito, tiene que regular el voltaje y la corriente. En este caso, se complementa con un dispositivo de control de fase, que proporciona un cambio de los pulsos de control en un ángulo dado con respecto a la corriente cero.
El bloque de sensores para el modo de operación del aparato 3 contiene dispositivos de medición de corriente y voltaje, relés de protección para diversos fines, un circuito para generar comandos lógicos y señalar la posición de conmutación del aparato.
El dispositivo de conmutación forzada 4 combina un banco de condensadores, su circuito de carga y tiristores de conmutación. En las máquinas de corriente alterna, este dispositivo está contenido sólo si se utilizan como protección (disyuntores).
La parte de potencia del dispositivo se puede realizar según un esquema con conexión antiparalela de tiristores (ver figura 1), basado en un tiristor simétrico (triac) (figura 2, a) y en varias combinaciones de tiristores y diodos (figura 2, b y c ).
En cada caso específico, al elegir una opción de circuito, se deben tener en cuenta los siguientes factores: los parámetros de voltaje y corriente del dispositivo que se está desarrollando, la cantidad de dispositivos utilizados, la capacidad de carga a largo plazo y la resistencia a las sobrecargas de corriente, el grado de complejidad del manejo del tiristor, los requisitos de peso y tamaño y el costo.
Figura 1 — Diagrama de bloques de un dispositivo de tiristores de CA
Figura 2: bloques de alimentación de dispositivos semiconductores de CA
Una comparación de los bloques de potencia que se muestran en las Figuras 1 y 2 muestra que el esquema con tiristores conectados en antiparalelo tiene las mayores ventajas.Dicho esquema contiene menos dispositivos, tiene menores dimensiones, peso, pérdida de energía y costo.
En comparación con los triac, los tiristores con conducción unidireccional (unidireccional) tienen parámetros de corriente y voltaje más altos y pueden soportar sobrecargas de corriente significativamente mayores.
Los tiristores de tableta tienen un ciclo térmico más alto. Por lo tanto, se puede recomendar un circuito que utilice triacs para conmutar corrientes que, por regla general, no superan la corriente nominal de un solo dispositivo, es decir, cuando no se requiere su conexión en grupo. Tenga en cuenta que el uso de triacs ayuda a simplificar el sistema de control de la fuente de alimentación, debe contener un canal de salida al polo del aparato.
Los esquemas que se muestran en la figura 2, b, c ilustran la posibilidad de diseñar dispositivos de conmutación de corriente alterna utilizando diodos. Ambos esquemas son fáciles de administrar, pero tienen desventajas debido al uso de una gran cantidad de dispositivos.
En el circuito de la Figura 2, b, el voltaje alterno de la fuente de alimentación se convierte en un voltaje de onda completa de una polaridad utilizando un puente rectificador de diodos. Como resultado, solo un tiristor conectado a la salida del puente rectificador (en la diagonal del puente) es capaz de controlar la corriente en la carga durante los dos medios ciclos, si al comienzo de cada medio ciclo el control los pulsos se reciben en su entrada. El circuito se apaga en el cruce por cero más cercano de la corriente de carga después de detener la generación de pulsos de control.
Sin embargo, debe tenerse en cuenta que el disparo confiable del circuito solo se garantiza con una inductancia mínima del circuito en el lado de la corriente rectificada. De lo contrario, incluso si el voltaje cae a cero al final del medio ciclo, la corriente seguirá fluyendo a través del tiristor, evitando que se apague. El peligro de disparo de emergencia del circuito (sin disparo) también se produce cuando aumenta la frecuencia de la tensión de alimentación.
En el circuito de la Figura 2, la carga está controlada por dos tiristores conectados entre sí, cada uno de los cuales es manipulado en dirección opuesta por una válvula no controlada. Dado que en tal conexión los cátodos de los tiristores tienen el mismo potencial, esto permite el uso de generadores de impulsos de control de una o dos salidas con una tierra común.
Los diagramas esquemáticos de tales generadores se simplifican enormemente. Además, los tiristores en el circuito, en la Figura 2, c, están protegidos contra voltaje inverso y, por lo tanto, deben seleccionarse solo para voltaje directo.
En términos de dimensiones, características técnicas e indicadores económicos, los dispositivos fabricados de acuerdo con los esquemas que se muestran en la Figura 2, b, c son inferiores a los dispositivos de conmutación cuyos circuitos se muestran en las Figuras 1 c, 2, a. Sin embargo, son ampliamente utilizados en dispositivos de protección de relés y automatización, donde la potencia de conmutación se mide en cientos de vatios. En particular, pueden usarse como dispositivos de salida de formadores de pulsos para controlar bloques de tiristores de dispositivos más potentes.
Timofeev A.S.