Dispositius semiconductors de CA
El diagrama esquemàtic i el disseny dels dispositius elèctrics de semiconductors de CA estan determinats per la finalitat, els requisits i les condicions de funcionament. Amb l'àmplia aplicació que troben els dispositius sense contacte, hi ha una gran varietat de possibilitats per a la seva implementació. Tot i això, tots es poden representar mitjançant un diagrama de blocs generalitzat que mostra el nombre necessari de blocs funcionals i la seva interacció.
La figura 1 mostra un diagrama de blocs d'un dispositiu semiconductor de CA en construcció unipolar. Inclou quatre unitats funcionalment completes.
La font d'alimentació 1 amb elements de protecció contra sobretensions (circuit RC a la figura 1) és la base del dispositiu de commutació, el seu òrgan executiu. Es pot fer només amb vàlvules controlades: tiristors o amb l'ajuda de díodes.
Quan es dissenya un dispositiu per a un corrent que superi els límits de corrent d'un únic dispositiu, cal connectar-los en paral·lel.En aquest cas, s'han de prendre mesures especials per eliminar la distribució desigual de corrent en dispositius individuals, que es deu a la no identitat de les seves característiques de corrent-tensió en estat conductor i a la distribució del temps d'encesa.
El bloc de control 2 conté dispositius que seleccionen i recorden ordres procedents dels cossos de control o protecció, generen polsos de control amb paràmetres establerts, sincronitzen l'arribada d'aquests polsos a les entrades del tiristor amb els moments en què el corrent de la càrrega creua zero.
El circuit de la unitat de control es torna molt més complex si el dispositiu, a més de la funció de commutació del circuit, ha de regular la tensió i el corrent. En aquest cas, es complementa amb un dispositiu de control de fase, que proporciona un desplaçament dels polsos de control per un angle determinat en relació al corrent zero.
El bloc de sensors per al mode de funcionament de l'aparell 3 conté dispositius de mesura de corrent i tensió, relés de protecció per a diversos propòsits, un circuit per generar ordres lògiques i senyalitzar la posició de commutació de l'aparell.
El dispositiu de commutació forçada 4 combina un banc de condensadors, el seu circuit de càrrega i tiristors de commutació. A les màquines de corrent altern, aquest dispositiu només està contingut si s'utilitzen com a protecció (interruptors).
La part de potència del dispositiu es pot fer segons un esquema amb connexió antiparal·lel de tiristors (vegeu la figura 1), basat en un tiristor simètric (triac) (figura 2, a) i en diverses combinacions de tiristors i díodes (figura 2, b i c).
En cada cas concret, a l'hora de triar una opció de circuit, s'han de tenir en compte els factors següents: els paràmetres de tensió i corrent del dispositiu que s'està desenvolupant, el nombre de dispositius utilitzats, la capacitat de càrrega a llarg termini i la resistència a les sobrecàrregues de corrent, el grau de complexitat del maneig del tiristor, els requisits de pes i mida i el cost.
Figura 1 — Diagrama de blocs d'un dispositiu de tiristor de CA
Figura 2 — Blocs de potència de dispositius semiconductors de CA
Una comparació dels blocs de potència que es mostren a les figures 1 i 2 mostra que l'esquema amb tiristors connectats antiparal·lel té els avantatges més grans: aquest esquema conté menys dispositius, té dimensions, pes, pèrdua d'energia i cost més petits.
En comparació amb els triacs, els tiristors amb conducció unidireccional (unidireccional) tenen paràmetres de corrent i tensió més alts i són capaços de suportar sobrecàrregues de corrent significativament més grans.
Els tiristors de tauletes tenen un cicle tèrmic més alt. Per tant, es pot recomanar un circuit que utilitzi triacs per a la commutació de corrents que, per regla general, no superen el valor nominal d'un únic dispositiu, és a dir, quan no es requereix la seva connexió de grup. Tingueu en compte que l'ús de triacs ajuda a simplificar el sistema de control de la font d'alimentació, ha de contenir un canal de sortida al pol de l'aparell.
Els esquemes que es mostren a la figura 2, b, c il·lustren la possibilitat de dissenyar dispositius de commutació de corrent altern mitjançant díodes. Tots dos esquemes són fàcils de gestionar, però tenen desavantatges a causa de l'ús d'un gran nombre de dispositius.
Al circuit de la figura 2, b, la tensió alterna de la font d'alimentació es converteix en una tensió d'ona completa d'una polaritat mitjançant un pont rectificador de díode. Com a resultat, només un tiristor connectat a la sortida del pont rectificador (a la diagonal del pont) esdevé capaç de controlar el corrent de la càrrega durant els dos semicicles, si al començament de cada mig cicle el control es reben polsos a la seva entrada. El circuit s'apaga al pas més proper per zero del corrent de càrrega després d'aturar la generació de polsos de control.
Cal tenir en compte, però, que només s'assegura un disparament fiable del circuit amb una inductància mínima del circuit al costat del corrent rectificat. En cas contrari, fins i tot si la tensió baixa a zero al final del mig cicle, el corrent continuarà circulant pel tiristor, evitant que s'apagui. El perill d'un dispar d'emergència del circuit (sense disparar) també es produeix quan augmenta la freqüència de la tensió d'alimentació.
En el circuit, a la figura 2, la càrrega està controlada per dos tiristors connectats entre si, cadascun dels quals és manipulat en sentit contrari per una vàlvula no controlada. Com que en aquesta connexió els càtodes dels tiristors tenen el mateix potencial, això permet l'ús de generadors d'impulsos de control d'una sola sortida o de dues sortides amb una terra comú.
Els diagrames esquemàtics d'aquests generadors estan molt simplificats. A més, els tiristors del circuit, a la figura 2, c, estan protegits contra la tensió inversa i, per tant, només s'han de seleccionar per a la tensió directa.
Pel que fa a dimensions, característiques tècniques i indicadors econòmics, els dispositius fabricats segons els esquemes que es mostren a la figura 2, b, c són inferiors als dispositius de commutació els circuits dels quals es mostren a les figures 1 c, 2, a. No obstant això, s'utilitzen àmpliament en dispositius d'automatització i protecció de relés, on la potència de commutació es mesura en centenars de watts. En particular, es poden utilitzar com a dispositius de sortida de formadors de pols per controlar els blocs de tiristors de dispositius més potents.
Timofeev A.S.