أجهزة أشباه الموصلات AC
يتم تحديد الرسم التخطيطي وتصميم الأجهزة الكهربائية أشباه موصلات التيار المتردد من خلال الغرض والمتطلبات وظروف التشغيل. مع التطبيق الواسع الذي تجده الأجهزة التي لا تلامس ، هناك مجموعة متنوعة من الاحتمالات لتطبيقها. ومع ذلك ، يمكن تمثيلها جميعًا من خلال مخطط كتلة عام يوضح العدد المطلوب من الكتل الوظيفية وتفاعلها.
يوضح الشكل 1 مخطط كتلة لجهاز أشباه الموصلات AC في بناء أحادي القطب. يتضمن أربع وحدات كاملة وظيفيا.
تعد وحدة إمداد الطاقة 1 مع عناصر الحماية من زيادة التيار (دائرة RC في الشكل 1) أساس جهاز التبديل ، وهيئته التنفيذية. يمكن القيام بذلك على أساس الصمامات الخاضعة للرقابة فقط - الثايرستور أو بمساعدة الثنائيات.
عند تصميم جهاز للتيار الذي يتجاوز الحدود الحالية لجهاز واحد ، من الضروري توصيلها بالتوازي.في هذه الحالة ، يجب اتخاذ تدابير خاصة للقضاء على التوزيع غير المتكافئ للتيار في الأجهزة الفردية ، والذي يرجع إلى عدم هوية خصائص الجهد الحالي في الحالة الموصلة وتوزيع وقت التشغيل.
تحتوي كتلة التحكم 2 على أجهزة تحدد وتتذكر الأوامر القادمة من هيئات التحكم أو هيئات الحماية ، وتولد نبضات تحكم مع معلمات محددة ، وتزامن وصول هذه النبضات عند مدخلات الثايرستور مع اللحظات التي يتجاوز فيها التيار في الحمل الصفر.
تصبح دائرة وحدة التحكم أكثر تعقيدًا إذا كان على الجهاز ، بالإضافة إلى وظيفة تبديل الدائرة ، تنظيم الجهد والتيار. في هذه الحالة ، يتم استكماله بجهاز التحكم في الطور ، والذي يوفر تحولًا في نبضات التحكم بزاوية معينة بالنسبة للتيار الصفري.
تحتوي كتلة المستشعرات الخاصة بنمط تشغيل الجهاز 3 على أجهزة قياس للتيار والجهد ، ومرحلات واقية لأغراض مختلفة ، ودائرة لتوليد أوامر منطقية والإشارة إلى موضع تبديل الجهاز.
يجمع جهاز التبديل القسري 4 بين بنك مكثف ودائرة شحن وتبديل الثايرستور. في آلات التيار المتردد ، يتم احتواء هذا الجهاز فقط إذا تم استخدامه كحماية (قواطع دوائر).
يمكن تصنيع جزء الطاقة بالجهاز وفقًا لمخطط به اتصال مضاد للتوازي للثايرستور (انظر الشكل 1) ، بناءً على الثايرستور المتماثل (التيرستورات) (الشكل 2 ، أ) وفي مجموعات مختلفة من الثايرستور والثنائيات (الشكل 2 ، ب و ج).
في كل حالة محددة ، عند اختيار خيار الدائرة ، يجب أن تؤخذ العوامل التالية في الاعتبار: معلمات الجهد والتيار للجهاز الذي يتم تطويره ، وعدد الأجهزة المستخدمة ، والقدرة على تحمل الحمل على المدى الطويل ومقاومة الأحمال الزائدة الحالية ، درجة تعقيد التعامل مع الثايرستور ومتطلبات الوزن والحجم والتكلفة.
الشكل 1 - رسم تخطيطي لجهاز الثايرستور AC
الشكل 2 - كتل الطاقة لأجهزة أشباه الموصلات AC
توضح المقارنة بين كتل الطاقة الموضحة في الشكلين 1 و 2 أن المخطط الذي يحتوي على الثايرستور المتصل المضاد للتوازي يتمتع بأكبر قدر من المزايا ، حيث يحتوي هذا المخطط على عدد أقل من الأجهزة ، وله أبعاد أصغر ، ووزن ، وفقدان للطاقة ، وتكلفة.
بالمقارنة مع التيرستورات ، فإن الثايرستور ذو التوصيل أحادي الاتجاه (أحادي الاتجاه) له معلمات تيار وجهد أعلى وقادر على تحمل أحمال زائدة أكبر بكثير.
يحتوي الثايرستور اللوحي على دورة حرارية أعلى. لذلك ، يمكن التوصية بدائرة تستخدم التيرستورات لتبديل التيارات التي ، كقاعدة عامة ، لا تتجاوز التصنيف الحالي لجهاز واحد ، أي عندما لا يكون اتصال المجموعة الخاص بها مطلوبًا. لاحظ أن استخدام التيرستورات يساعد على تبسيط نظام التحكم في وحدة إمداد الطاقة ، يجب أن يحتوي على قناة إخراج لعمود الجهاز.
توضح المخططات الموضحة في الشكل 2 ، ب ، ج إمكانية تصميم أجهزة تبديل التيار المتردد باستخدام الثنائيات. كلا النظامين سهل الإدارة ، لكن لهما عيوب بسبب استخدام عدد كبير من الأجهزة.
في دارة الشكل 2 ، ب ، يتم تحويل الجهد المتناوب لمصدر الطاقة إلى جهد موجة كاملة لقطبية واحدة باستخدام مقوم جسر الصمام الثنائي. نتيجة لذلك ، يصبح الثايرستور واحدًا فقط متصلاً عند خرج جسر المعدل (في قطر الجسر) قادرًا على التحكم في التيار في الحمل خلال دورتين نصفيتين ، إذا كان التحكم في بداية كل نصف دورة يتم تلقي البقول عند مدخلاتها. يتم إيقاف تشغيل الدائرة عند أقرب تقاطع صفري لتيار الحمل بعد إيقاف توليد نبضات التحكم.
ومع ذلك ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن التعثر الموثوق به للدائرة يتم ضمانه فقط مع الحد الأدنى من محاثة الدائرة على جانب التيار المعدل. خلاف ذلك ، حتى لو انخفض الجهد إلى الصفر في نهاية نصف الدورة ، سيستمر التيار في التدفق عبر الثايرستور ، مما يمنعه من الانطفاء. يحدث خطر التعثر الطارئ للدائرة (بدون التعثر) أيضًا عندما يزداد تواتر جهد الإمداد.
في الدائرة ، في الشكل 2 ، يتم التحكم في الحمل بواسطة ثايرستورين متصلين ببعضهما البعض ، يتم التحكم في كل منهما في الاتجاه المعاكس بواسطة صمام غير متحكم فيه. نظرًا لأن كاثودات الثايرستور في مثل هذا الاتصال لها نفس الإمكانات ، فإن هذا يسمح باستخدام مولدات النبض أحادية الإخراج أو ثنائية الإخراج ذات الأرضية المشتركة.
يتم تبسيط المخططات التخطيطية لمثل هذه المولدات بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الثايرستور في الدائرة ، في الشكل 2 ، ج ، محمي ضد الجهد العكسي ، وبالتالي يجب اختياره فقط للجهد الأمامي.
من حيث الأبعاد والخصائص التقنية والمؤشرات الاقتصادية ، فإن الأجهزة المصنوعة وفقًا للمخططات الموضحة في الشكل 2 ، ب ، ج أدنى من أجهزة التبديل التي تظهر دوائرها في الأشكال 1 ج ، 2 ، أ. ومع ذلك ، فهي تستخدم على نطاق واسع في أجهزة الأتمتة وحماية الترحيل ، حيث تقاس طاقة التبديل بمئات الواط. على وجه الخصوص ، يمكن استخدامها كأجهزة إخراج من صائغي النبض للتحكم في كتل الثايرستور للأجهزة الأكثر قوة.
Timofeev A.S.