[ads-pc-1]

Принципы создания полупроводниковых аппаратов переменного тока

По сравнению с коммутационными аппаратами постоянного тока, полупроводниковые аппараты переменного тока имеют бо­лее сложную структуру. Принципиальная схема и конструктив­ное исполнение их определяются назначением, предъявляемыми требованиями и условиями работы. При том широком примене­нии, которое находят бесконтактные устройства, существует большое многообразие вариантов их исполнения. Тем не менее, все они могут быть представлены обобщенной структурной схе­мой, которая показывает необходимое число функциональных блоков и их взаимодействие.

Подпись:  Рис. 8.5. Структурная схема тири-сторного аппарата переменного тока На рис. 8.5 приведена структурная схема полупроводнико­вого аппарата переменного тока в однополюсном исполнении. Она включает в себя четыре функционально законченных узла.

Силовой блок 1 с элементами защиты от перенапряжений (RС-цепь на рис. 8.5) является основой коммутирующего уст­ройства, его исполнительным органом.

Он может быть выполнен, на базе только управляемых вентилей – тиристоров или с ис­пользованием диодов.

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

Схема блока управления значи­тельно усложняется, если аппарат, кроме функции коммутиро­вания цепей, должен осуществлять регулирование напряжения и тока. В этом случае она дополняется устройством фазового управления, обеспечивающим сдвиг импульсов управления на заданный угол по отношению к нулю тока.

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

Блок принудительной коммутации 4 объединяет в себе 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 (рис. 8.5), на основе симметричного тиристора (симистора) (рис. 8.6, а) и в различных сочетаниях тиристоров и диодов (рис.8.6, б и в). В каждом конкретном случае при выборе варианта схемы дол­жны учитываться следующие факторы: параметры по напряже­нию и току аппарата, число используемых приборов, нагрузочная способность в длительном режиме и ус­тойчивость к перегрузкам по току, степень сложности управ­ления тиристорами, требования к массе и габаритам, стои­мость.

Сравнение приведенных на рис.8.5 и 8.6 силовых блоков показывает, что наибольшими преимуществами обладает схема со встречно-параллельно включенными тиристорами.

Такая схема содержит меньше приборов, отличается меньшими габа­ритами, массой, потерями энергии и стоимостью.

По сравнению с симисторами, тиристоры с односторонней (однонаправленной) проводимостью имеют более высокие параметры по току и на­пряжению, способны выдерживать значительно большие пере­грузки по току.

Подпись:  Рис. 8.6.Силовые блоки аппаратов  переменного тока Схемы, представленные на рис. 8.6, б, в, показывают воз­можность построения коммутирующих устройств перемен­ного тока с применением диодов. Обе эти схемы отличаются простотой  управления, но имеют недостатки, обусловленные источника питания с помощью выпря­мительного диодного моста преобразуется  в двухполупериодное пульсирующее напряжение одной полярности. В результате только один тиристор, включенный на выходе выпрямительного моста (в диагональ моста), становится способным управлять то­ком в нагрузке в течение обоих полупериодов, если в начале каждого полупериода на его вход будут поступать управляю­щие импульсы. Выключение схемы происходит при ближайшем переходе тока нагрузки через нуль после прекращения подачи управляющих импульсов.

Следует иметь в виду, однако, что надежное выключение схемы обеспечивается лишь при минимальной индуктивности цепи на стороне выпрямленного тока. В противном случае даже при снижении напряжения в конце полупериода до нуля ток будет продолжать протекать через тиристор, препятствуя его выключению. Опасность аварийного режима работы схемы (не­выключение) появляется также при увеличении частоты питаю­щего напряжения. В этом случае может оказаться, что схемное время tс недостаточно для восстановления тиристором управ­ляемости, т. е. tс<tqkq.

В схеме на рис. 8.6, в управление нагрузкой осуществляется двумя встречно включенными тиристорами, каждый из которых шунтирован в обратном направлении неуправляемым вентилем. Так как при таком соединении катоды тиристоров находятся под одним потенциалом, это позволяет использовать генераторы уп­равляющих импульсов с одним выходом или с двумя выходами с общим заземлением. Принципиальные схемы таких генерато­ров значительно упрощаются. Кроме того, тиристоры в схеме на рис.8.6, в защищены от обратного напряжения и, следова­тельно, должны выбираться только по прямому напряжению. По габаритам, техническим характеристикам и экономическим по­казателям устройства, выполненные по схемам, приведенным на  рис. 8.6, б, в, уступают коммутирующим устройствам, схемы которых показаны на рис.8.5 и 8.6, а. Тем не менее, они ши­роко применяются в устройствах автоматики и релейной за­щиты, где коммутируемая мощность измеряется сотнями ватт. В частности, они могут быть использованы в качестве выходных устройств формирователей импульсов для управления тиристорными блоками более мощных устройств.


[ads-pc-2]