thiết bị bán dẫn AC

Sơ đồ và thiết kế của các thiết bị điện bán dẫn xoay chiều được xác định bởi mục đích, yêu cầu và điều kiện hoạt động. Với ứng dụng rộng rãi mà các thiết bị không tiếp xúc tìm thấy, có rất nhiều khả năng để triển khai chúng. Tuy nhiên, tất cả chúng có thể được biểu diễn bằng sơ đồ khối tổng quát cho thấy số lượng khối chức năng cần thiết và sự tương tác của chúng.

Hình 1 cho thấy sơ đồ khối của thiết bị bán dẫn xoay chiều trong cấu trúc đơn cực. Nó bao gồm bốn đơn vị chức năng hoàn chỉnh.

Bộ cấp nguồn 1 với các phần tử chống sét lan truyền (mạch RC trong Hình 1) là cơ sở của thiết bị chuyển mạch, cơ quan điều hành của nó. Nó có thể được thực hiện trên cơ sở chỉ các van được điều khiển - thyristor hoặc với sự trợ giúp của điốt.

Khi thiết kế một thiết bị cho dòng điện vượt quá giới hạn hiện tại của một thiết bị, cần phải kết nối chúng song song.Trong trường hợp này, các biện pháp đặc biệt phải được thực hiện để loại bỏ sự phân bố dòng điện không đồng đều trong các thiết bị riêng lẻ, nguyên nhân là do các đặc tính điện áp dòng điện của chúng ở trạng thái dẫn điện và sự phân bố thời gian bật không giống nhau.

Khối điều khiển 2 chứa các thiết bị chọn và ghi nhớ các lệnh đến từ bộ điều khiển hoặc bộ phận bảo vệ, tạo xung điều khiển với các tham số đã đặt, đồng bộ hóa sự xuất hiện của các xung này ở đầu vào thyristor với thời điểm dòng điện trong tải vượt qua 0.

Mạch của bộ điều khiển trở nên phức tạp hơn nhiều nếu ngoài chức năng chuyển mạch, thiết bị còn phải điều chỉnh điện áp và dòng điện. Trong trường hợp này, nó được bổ sung bởi một thiết bị điều khiển pha, cung cấp sự dịch chuyển của các xung điều khiển theo một góc nhất định so với dòng điện bằng không.

Khối cảm biến cho chế độ hoạt động của thiết bị 3 chứa các thiết bị đo dòng điện và điện áp, rơle bảo vệ cho các mục đích khác nhau, mạch tạo lệnh logic và báo hiệu vị trí chuyển mạch của thiết bị.

Thiết bị chuyển mạch cưỡng bức 4 kết hợp một dãy tụ điện, mạch sạc của nó và các thyristor chuyển mạch. Trong các máy điện xoay chiều, thiết bị này chỉ được chứa nếu chúng được sử dụng làm bảo vệ (bộ ngắt mạch).

Phần nguồn của thiết bị có thể được thực hiện theo sơ đồ có kết nối song song của thyristor (xem hình 1), dựa trên thyristor đối xứng (triac) (hình 2, a) và trong các kết hợp khác nhau của thyristor và điốt (hình 2, b và c ).

Trong từng trường hợp cụ thể, khi chọn tùy chọn mạch, cần tính đến các yếu tố sau: thông số điện áp và dòng điện của thiết bị đang được phát triển, số lượng thiết bị được sử dụng, khả năng chịu tải dài hạn và khả năng chống quá tải hiện tại, mức độ phức tạp của việc xử lý thyristor, các yêu cầu về trọng lượng và kích thước cũng như chi phí.

Hình 1 - Sơ đồ khối của thiết bị thyristor xoay chiều

Hình 2 - Khối nguồn của linh kiện bán dẫn xoay chiều

So sánh các khối nguồn được hiển thị trong Hình 1 và Hình 2 cho thấy sơ đồ với các thyristor được kết nối song song có những ưu điểm lớn nhất: Sơ đồ này chứa ít thiết bị hơn, có kích thước, trọng lượng, tổn thất năng lượng và chi phí nhỏ hơn.

So với triac, thyristor dẫn điện một chiều (một chiều) có thông số dòng điện và điện áp cao hơn và có khả năng chịu quá tải dòng điện lớn hơn đáng kể.

Thyristor máy tính bảng có chu kỳ nhiệt cao hơn. Do đó, một mạch sử dụng triac có thể được khuyến nghị để chuyển đổi dòng điện, theo quy luật, không vượt quá định mức hiện tại của một thiết bị, nghĩa là khi không cần kết nối nhóm của chúng. Lưu ý rằng việc sử dụng triac giúp đơn giản hóa hệ thống điều khiển của bộ cấp nguồn, nó phải chứa một kênh đầu ra đến cực của bộ máy.

Sơ đồ thể hiện trong hình 2, b, c minh họa khả năng thiết kế các thiết bị chuyển mạch dòng điện xoay chiều sử dụng điốt. Cả hai chương trình đều dễ quản lý, nhưng có nhược điểm do sử dụng một số lượng lớn thiết bị.

Trong mạch của Hình 2, b, điện áp xoay chiều của nguồn điện được chuyển đổi thành điện áp toàn sóng của một cực bằng cách sử dụng bộ chỉnh lưu cầu đi-ốt. Do đó, chỉ một thyristor được kết nối ở đầu ra của cầu chỉnh lưu (theo đường chéo của cầu) mới có khả năng điều khiển dòng điện trong tải trong hai nửa chu kỳ, nếu ở đầu mỗi nửa chu kỳ điều khiển xung được nhận ở đầu vào của nó. Mạch được tắt ở điểm giao nhau bằng 0 gần nhất của dòng tải sau khi ngừng tạo xung điều khiển.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng việc ngắt mạch đáng tin cậy chỉ được đảm bảo với độ tự cảm tối thiểu của mạch ở phía dòng điện chỉnh lưu. Mặt khác, ngay cả khi điện áp giảm xuống 0 vào cuối nửa chu kỳ, dòng điện sẽ tiếp tục chạy qua thyristor, khiến nó không thể tắt. Nguy cơ ngắt mạch khẩn cấp (không ngắt) cũng xảy ra khi tần số của điện áp nguồn tăng.

Trong mạch, ở Hình 2, tải được điều khiển bởi hai thyristor nối với nhau, mỗi thyristor được điều khiển theo hướng ngược lại bởi một van không điều khiển. Vì trong một kết nối như vậy, các cực âm của thyristor có cùng điện thế, điều này cho phép sử dụng các bộ tạo xung điều khiển một đầu ra hoặc hai đầu ra có điểm chung.

Các sơ đồ của các máy phát như vậy được đơn giản hóa rất nhiều. Ngoài ra, các thyristor trong mạch, trong Hình 2, c, được bảo vệ chống lại điện áp ngược và do đó chỉ được chọn cho điện áp thuận.

Về kích thước, đặc tính kỹ thuật và chỉ tiêu kinh tế, các thiết bị được chế tạo theo sơ đồ như trong Hình 2, b, c kém hơn so với các thiết bị chuyển mạch có sơ đồ như trong Hình 1 c, 2, a. Tuy nhiên, chúng được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị tự động hóa và bảo vệ rơle, nơi công suất chuyển mạch được đo bằng hàng trăm watt. Đặc biệt, chúng có thể được sử dụng làm thiết bị đầu ra của bộ tạo xung để điều khiển các khối thyristor của các thiết bị mạnh hơn.

Timofeev A.S.