Принципная схема и конструктивное выполнение полупроводниковых электронных аппаратов переменного тока определяются предназначением, предъявляемыми требованиями и критериями работы. При том обильном применении, которое находят бесконтактные устройства, существует огромное обилие вариантов их выполнения. Все же, они все могут быть представлены обобщенной структурной схемой, которая указывает нужное число многофункциональных блоков и их взаимодействие.

На рисунке 1 приведена структурная схема полупроводникового аппарата переменного тока в однополюсном выполнении. Она содержит в себе четыре функционально законченных узла.

Силовой блок 1 с элементами защиты от перенапряжений (RС-цепь на рисунке 1) является основой коммутирующего устройства, его исполнительным органом. Он может быть выполнен на базе только управляемых вентилей — тиристоров либо с внедрением диодов.

При проектировании аппарата на ток, превосходящий предельное значение тока 1-го прибора, требуется их параллельное соединение. При всем этом должны приниматься особые меры, устраняющие неравномерность рассредотачивания тока по отдельным устройствам, которая обоснована не идентичностью их вольтамперных черт в проводящем состоянии и разбросом времени включения.

Блок управления 2 содержит устройства, которые производят селекцию и запоминание команд, поступающих от органов управления либо защиты, сформировывают управляющие импульсы с данными параметрами, синхронизируют поступление этих импульсов на входы тиристоров с моментами перехода тока в нагрузке через нуль.

Схема блока управления существенно усложняется, если аппарат, не считая функции коммутирования цепей, должен производить регулирование напряжения и тока. В данном случае она дополняется устройством фазового управления, обеспечивающим сдвиг импульсов управления на данный угол по отношению к нулю тока.

Блок датчиков режима работы аппарата 3 содержит измерительные устройства тока и напряжения, реле защиты различного предназначения, схему выработки логических команд и сигнализации коммутационного положения аппарата.

Блок принудительной коммутации 4 соединяет воединыжды внутри себя конденсаторную батарею, схему ее зарядки и коммутирующие тиристоры. В аппаратах переменного тока этот блок содержится только при условии использования их в качестве защиты (автоматических выключателей).

Силовая часть аппарата может быть выполнена по схеме со встречно-параллельным включением тиристоров (см. набросок 1), на базе симметричного тиристора (симистора) (набросок 2, а) и в разных сочетаниях тиристоров и диодов (набросок 2, б и в).

В каждом определенном случае при выборе варианта схемы должны учитываться последующие причины: характеристики по напряжению и току разрабатываемого аппарата, число применяемых устройств, нагрузочная способность в продолжительном режиме и устойчивость к перегрузкам по току, степень трудности управления тиристорами, требования к массе и габаритам, цена.

Набросок 1 − Структурная схема тиристорного аппарата переменного тока

Набросок 2 − Силовые блоки полупроводниковых аппаратов переменного тока

Сопоставление приведенных на рисунке 1 и 2 силовых блоков указывает, что большими преимуществами обладает схема со встречно-параллельно включенными тиристорами. Такая схема содержит меньше устройств, отличается наименьшими габаритами, массой, энергопотерями и ценой.

По сопоставлению с симисторами тиристоры с однобокой (однонаправленной) проводимостью имеют более высочайшие характеристики по току и напряжению, способны выдерживать существенно огромные перегрузки по току.

Тиристоры таблеточной конструкции владеют более высочайшей термоцикличностью. Потому схему с внедрением симисторов можно советовать для коммутации токов, не превосходящих, обычно, классификационное значение тока единичного прибора, т. е. когда не требуется групповое их соединение. Отметим, что применение симисторов содействует упрощению системы управления силовым блоком, должен содержать выходной канал на полюс аппарата.

Схемы, изображенные на рисунке 2, б, в, иллюстрирует возможность проектирования коммутирующих устройств переменного тока с применением диодов. Обе эти схемы отличаются простотой управления, но имеют недочеты, обусловленные применением огромного числа устройств.

В схеме на рисунке 2, б переменное напряжение источника питания при помощи выпрямительного диодного моста преобразуется в двухполупериодное пульсирующее напряжение одной полярности. В итоге только один тиристор, включенный на выходе выпрямительного моста (в диагональ моста), становится способным управлять током в нагрузке в течение обоих полупериодов, если сначала каждого полупериода на его вход будут поступать управляющие импульсы. Выключение схемы происходит при ближнем переходе тока нагрузки через нуль после прекращения генерирования управляющих импульсов.

Следует подразумевать, но, что надежное выключение схемы обеспечивается только при малой индуктивности цепи на стороне выпрямленного тока. В неприятном случае даже при понижении напряжения в конце полупериода до нуля ток будет продолжать протекать через тиристор, препятствуя его выключению. Опасность аварийного режима работы схемы (не выключение) возникает также при увеличении частоты питающего напряжения.

В схеме, на рисунке 2 в управление нагрузкой осуществляется 2-мя встречно включенными тиристорами, любой из которых шунтирован в оборотном направлении неуправляемым вентилем. Потому что при таком соединении катоды тиристоров находятся под одним потенциалом, это позволяет использовать генераторы управляющих импульсов с одним выходом либо с 2-мя выходами с общим заземлением.

Принципные схемы таких генераторов существенно упрощаются. Не считая того, тиристоры в схеме, на рисунке 2, в, защищены от оборотного напряжения и, как следует, должны выбираться только по прямому напряжению.

По габаритам, техническим чертам и экономическим показателям устройства, выполненные по схемам, приведен-ным на рисунке 2, б, в, уступают коммутирующим устройствам, схемы которых показаны на рисунках 1 в, 2, а. Все же, они обширно используются в устройствах автоматики и релейной защиты, где коммутируемая мощность измеряется сотками ватт. А именно, они могут быть применены в качестве выходных устройств формирователей импульсов для управления тиристорными блоками более массивных устройств.

Тимофеев А. С.

Школа для электрика