AC yarı iletken cihazlar
AC yarı iletken elektrikli cihazların şematik diyagramı ve tasarımı, amaç, gereksinimler ve çalışma koşullarına göre belirlenir. Temassız cihazların bulduğu geniş uygulama ile bunların uygulanması için çok çeşitli olasılıklar vardır. Bununla birlikte, hepsi, gerekli sayıda işlevsel bloğu ve bunların etkileşimini gösteren genelleştirilmiş bir blok diyagramı ile temsil edilebilir.
Şekil 1, tek kutuplu yapıdaki bir AC yarı iletken aygıtın bir blok diyagramını göstermektedir. İşlevsel olarak eksiksiz dört birim içerir.
Aşırı gerilim koruma elemanlarına sahip güç kaynağı ünitesi 1 (Şekil 1'deki RC devresi), yürütme organı olan anahtarlama cihazının temelidir. Sadece kontrollü valfler - tristörler veya diyotların yardımıyla yapılabilir.
Tek bir cihazın akım sınırlarını aşan akım için bir cihaz tasarlarken, bunları paralel olarak bağlamak gerekir.Bu durumda, iletken durumdaki akım-gerilim özelliklerinin özdeş olmamasından ve açma süresinin dağılımından kaynaklanan, tek tek cihazlarda akımın eşit olmayan dağılımını ortadan kaldırmak için özel önlemler alınmalıdır.
Kontrol bloğu 2, kontrol veya koruma gövdelerinden gelen komutları seçen ve hatırlayan, ayarlanan parametrelerle kontrol darbeleri üreten, bu darbelerin tristör girişlerine gelişini yükteki akımın sıfırı geçtiği anlarla senkronize eden cihazları içerir.
Cihazın devre anahtarlama işlevine ek olarak voltajı ve akımı düzenlemesi gerekiyorsa, kontrol ünitesinin devresi çok daha karmaşık hale gelir. Bu durumda, kontrol darbelerinin sıfır akıma göre belirli bir açıyla kaymasını sağlayan bir faz kontrol cihazı ile desteklenir.
Aparatın (3) çalışma modu için sensör bloğu, akım ve gerilim için ölçüm cihazları, çeşitli amaçlar için koruyucu röleler, mantıksal komutlar üretmek ve aparatın anahtarlama konumunun sinyalini vermek için bir devre içerir.
Zorunlu anahtarlama cihazı (4), bir kapasitör bankasını, bunun şarj devresini ve anahtarlama tristörlerini birleştirir. Alternatif akım makinelerinde, bu cihaz yalnızca koruma (devre kesiciler) olarak kullanılıyorsa bulunur.
Cihazın güç kısmı, simetrik bir tristör (triyak) (şekil 2, a) temelinde ve çeşitli tristör ve diyot kombinasyonlarında (şekil 2, b ve c ).
Her özel durumda, bir devre seçeneği seçilirken aşağıdaki faktörler dikkate alınmalıdır: geliştirilmekte olan cihazın voltaj ve akım parametreleri, kullanılan cihaz sayısı, uzun süreli yük taşıma kapasitesi ve akım aşırı yüklerine karşı direnç, tristör kullanımının karmaşıklık derecesi, ağırlık ve boyut gereksinimleri ve maliyeti.
Şekil 1 - Bir AC tristör cihazının blok diyagramı
Şekil 2 - AC yarı iletken cihazların güç blokları
Şekil 1 ve 2'de gösterilen güç bloklarının bir karşılaştırması, anti-paralel bağlı tristörlere sahip şemanın en büyük avantajlara sahip olduğunu göstermektedir.Böyle bir şema daha az cihaz içerir, daha küçük boyutlara, ağırlığa, enerji kaybına ve maliyete sahiptir.
Triyakla karşılaştırıldığında, tek yönlü (tek yönlü) iletken tristörler daha yüksek akım ve gerilim parametrelerine sahiptir ve önemli ölçüde daha büyük aşırı akım yüklerine dayanabilir.
Tablet tristörleri daha yüksek bir termal döngüye sahiptir. Bu nedenle, kural olarak tek bir cihazın akım derecesini aşmayan, yani grup bağlantısı gerekmediğinde akımları değiştirmek için triyak kullanan bir devre önerilebilir. Triyak kullanımının güç kaynağı ünitesinin kontrol sistemini basitleştirmeye yardımcı olduğuna dikkat edin, aparatın kutbuna bir çıkış kanalı içermelidir.
Şekil 2, b, c'de gösterilen şemalar, diyot kullanan alternatif akım anahtarlama cihazları tasarlama olasılığını göstermektedir. Her iki planın da yönetimi kolaydır, ancak çok sayıda cihazın kullanılması nedeniyle dezavantajları vardır.
Şekil 2, b'deki devrede, güç kaynağının alternatif voltajı, bir diyot köprüsü doğrultucu kullanılarak bir polaritenin tam dalga voltajına dönüştürülür. Sonuç olarak, doğrultucu köprünün çıkışına (köprünün diyagonalinde) bağlanan yalnızca bir tristör, her yarım döngünün başında kontrol ise, iki yarım döngü boyunca yükteki akımı kontrol edebilir hale gelir. Darbeler girişinde alınır. Devre, kontrol darbelerinin üretimini durdurduktan sonra yük akımının en yakın sıfır geçişinde kapatılır.
Bununla birlikte, devrenin güvenilir bir şekilde açılmasının yalnızca doğrultulmuş akım tarafında devrenin minimum endüktansı ile sağlandığı akılda tutulmalıdır. Aksi halde yarım döngü sonunda gerilim sıfıra düşse bile akım tristörden akmaya devam ederek tristörün kapanmasını engeller. Devrenin acil açma tehlikesi (açma olmaksızın), besleme voltajının frekansı arttığında da ortaya çıkar.
Şekil 2'deki devrede yük, birbirine bağlı iki tristör tarafından kontrol edilir ve bunların her biri kontrolsüz bir valf tarafından ters yönde yönlendirilir. Böyle bir bağlantıda tristörlerin katotları aynı potansiyelde olduğundan, bu, ortak bir topraklama ile tek çıkışlı veya iki çıkışlı kontrol darbe üreteçlerinin kullanımına izin verir.
Bu tür jeneratörlerin şematik diyagramları büyük ölçüde basitleştirilmiştir. Ayrıca Şekil 2, c'deki devredeki tristörler ters gerilime karşı korumalıdır ve bu nedenle sadece ileri gerilim için seçilmelidir.
Şekil 2, b, c'de gösterilen şemalara göre yapılan cihazlar boyutlar, teknik özellikler ve ekonomik göstergeler açısından devreleri Şekil 1 c, 2, a'da gösterilen anahtarlama cihazlarına göre daha düşüktür. Bununla birlikte, anahtarlama gücünün yüzlerce watt olarak ölçüldüğü otomasyon ve röle koruma cihazlarında yaygın olarak kullanılırlar. Özellikle, daha güçlü cihazların tristör bloklarını kontrol etmek için darbe şekillendiricilerin çıkış cihazları olarak kullanılabilirler.
Timofeev A.S.