Dispositivos semicondutores AC

O diagrama esquemático e o design dos dispositivos elétricos semicondutores CA são determinados pela finalidade, requisitos e condições de operação. Com a ampla aplicação que os dispositivos sem contato encontram, existe uma grande variedade de possibilidades para sua implementação. No entanto, todos eles podem ser representados por um diagrama de blocos generalizado que mostra o número necessário de blocos funcionais e sua interação.

A Figura 1 mostra um diagrama de blocos de um dispositivo semicondutor AC em construção unipolar. Inclui quatro unidades funcionalmente completas.

A fonte de alimentação 1 com elementos de proteção contra surtos (circuito RC na Figura 1) é a base do dispositivo de comutação, seu corpo executivo. Isso pode ser feito com base apenas em válvulas controladas - tiristores ou com a ajuda de diodos.

Ao projetar um dispositivo para corrente excedendo os limites de corrente de um único dispositivo, é necessário conectá-los em paralelo.Nesse caso, medidas especiais devem ser tomadas para eliminar a distribuição desigual de corrente em dispositivos individuais, devido à não identidade de suas características de tensão-corrente no estado condutivo e à distribuição do tempo de ativação.

O bloco de controle 2 contém dispositivos que selecionam e lembram comandos vindos dos órgãos de controle ou proteção, geram pulsos de controle com parâmetros definidos, sincronizam a chegada desses pulsos nas entradas do tiristor com os momentos em que a corrente na carga cruza zero.

O circuito da unidade de controle torna-se muito mais complexo se o dispositivo, além da função de comutação do circuito, tiver que regular a tensão e a corrente. Nesse caso, é complementado por um dispositivo de controle de fase, que fornece um deslocamento dos pulsos de controle em um determinado ângulo em relação à corrente zero.

O bloco de sensores para o modo de operação do aparelho 3 contém dispositivos de medição de corrente e tensão, relés de proteção para diversas finalidades, um circuito para geração de comandos lógicos e sinalização da posição de comutação do aparelho.

O dispositivo de comutação forçada 4 combina um banco de capacitores, seu circuito de carga e tiristores de comutação. Nas máquinas de corrente alternada, este dispositivo está contido apenas se for utilizado como proteção (disjuntores).

A parte de potência do dispositivo pode ser feita de acordo com um esquema com conexão antiparalela de tiristores (ver figura 1), com base em um tiristor simétrico (triac) (figura 2, a) e em várias combinações de tiristores e diodos (figura 2, b e c).

Em cada caso específico, ao escolher uma opção de circuito, os seguintes fatores devem ser levados em consideração: os parâmetros de tensão e corrente do dispositivo que está sendo desenvolvido, o número de dispositivos utilizados, a capacidade de carga a longo prazo e a resistência a sobrecargas de corrente, o grau de complexidade do manuseio do tiristor, requisitos de peso e tamanho e custo.

Figura 1 — Diagrama de blocos de um dispositivo tiristor AC

Figura 2 — Blocos de potência de dispositivos semicondutores AC

Uma comparação dos blocos de potência mostrados nas Figuras 1 e 2 mostra que o esquema com tiristores conectados antiparalelos tem as maiores vantagens.Tal esquema contém menos dispositivos, tem dimensões, peso, perda de energia e custo menores.

Em comparação com os triacs, os tiristores com condução unidirecional (unidirecional) têm parâmetros de corrente e tensão mais altos e são capazes de suportar sobrecargas de corrente significativamente maiores.

Os tiristores de tablet têm um ciclo térmico mais alto. Portanto, um circuito que utiliza triacs pode ser recomendado para comutação de correntes que, via de regra, não ultrapassam a corrente nominal de um único dispositivo, ou seja, quando não é necessária a sua conexão em grupo. Observe que o uso de triacs ajuda a simplificar o sistema de controle da unidade de alimentação, deve conter um canal de saída para o pólo do aparelho.

Os esquemas mostrados na figura 2, b, c ilustram a possibilidade de projetar dispositivos de comutação de corrente alternada usando diodos. Ambos os esquemas são fáceis de gerenciar, mas apresentam desvantagens devido ao uso de um grande número de dispositivos.

No circuito da Figura 2, b, a tensão alternada da fonte de energia é convertida em uma tensão de onda completa de uma polaridade usando um retificador de ponte de diodo. Com isso, apenas um tiristor conectado na saída da ponte retificadora (na diagonal da ponte) torna-se capaz de controlar a corrente na carga durante os dois semiciclos, se no início de cada semiciclo o controle pulsos são recebidos em sua entrada. O circuito é desligado no cruzamento zero mais próximo da corrente de carga após parar a geração de pulsos de controle.

Deve-se ter em mente, no entanto, que o disparo confiável do circuito é garantido apenas com uma indutância mínima do circuito no lado da corrente retificada. Caso contrário, mesmo que a tensão caia a zero ao final do meio ciclo, a corrente continuará fluindo pelo tiristor, impedindo que ele desligue. O perigo de disparo de emergência do circuito (sem disparo) também ocorre quando a frequência da tensão de alimentação aumenta.

No circuito, na Figura 2, a carga é controlada por dois tiristores conectados entre si, cada um dos quais é manipulado em sentido oposto por uma válvula não controlada. Como em tal conexão os cátodos dos tiristores estão no mesmo potencial, isso permite o uso de geradores de pulso de controle de saída única ou duas saídas com um aterramento comum.

Os diagramas esquemáticos de tais geradores são bastante simplificados. Além disso, os tiristores do circuito, na Figura 2, c, são protegidos contra tensão reversa e, portanto, devem ser selecionados apenas para tensão direta.

Em termos de dimensões, características técnicas e indicadores econômicos, os dispositivos feitos de acordo com os esquemas mostrados na Figura 2, b, c são inferiores aos dispositivos de comutação cujos circuitos são mostrados nas Figuras 1 c, 2, a. No entanto, eles são amplamente utilizados em dispositivos de proteção de relés e automação, onde a potência de comutação é medida em centenas de watts. Em particular, eles podem ser usados ​​como dispositivos de saída de modeladores de pulso para controlar blocos de tiristores de dispositivos mais potentes.

Timofeev A.S.