Per la commutazione e la regolazione della tensione ad alta potenza, vengono utilizzati tiristori, che sono una sorta di dispositivi a semiconduttore. Oggi vengono utilizzati interruttori di varie capacità per garantire il corretto funzionamento della rete elettrica. È solo necessario selezionare correttamente il CVC (caratteristica corrente-tensione) del tiristore, che elimina i guasti delle apparecchiature, garantendone il corretto funzionamento.
Contenuto
- Caratteristiche dei semiconduttori
- Principio di funzionamento
- Principali varietà
- Metodi di commutazione
- Varietà di schemi di controllo forzato
- Utilizzo in circuiti potenti
- Collegamento e protezione corretti
Caratteristiche dei semiconduttori
Lo scopo principale degli interruttori a tiristori è trasferire la corrente elettrica nella direzione in avanti. Nello stato chiuso, il semiconduttore intrappola la tensione diretta e inversa, fornendo così la regolazione della rete elettrica.
La struttura a tiristori include tre uscite:
- Elettrodo di controllo.
- catodo.
- Anodo.
Tutti i semiconduttori hanno le loro caratteristiche volt-ampere, in base alle quali si può giudicare lo scopo e lo stato di questo elemento. I potenti interruttori sono in grado di funzionare a una tensione di 5000 volt e la corrente massima consentita è di 5000 ampere.
Principio di funzionamento
Il principio di funzionamento di un tiristore è estremamente semplice: si accende fornendo potenti impulsi di corrente all'uscita. Tali segnali rispetto ai catodi devono essere positivi. Il funzionamento del tiristore è influenzato dalla temperatura del semiconduttore e un metodo per applicare tensione e corrente agli interruttori utilizzati nel circuito.
In un circuito elettrico in cui vengono utilizzati tiristori, è escluso un elevato tasso di aumento di tensione, che può portare all'accensione spontanea dell'elemento. Pertanto, vengono installati diodi e circuiti aggiuntivi che forniscono l'equalizzazione della tensione, prevenendo picchi parassiti. Una delle caratteristiche dell'utilizzo dei tasti è la presenza nel circuito della pendenza delle caratteristiche del segnale di controllo, necessaria per il loro corretto funzionamento.
Principali varietà
Oggi esistono diversi tipi principali di semiconduttori, che differiscono per design, principio di commutazione e una serie di altri parametri. I più diffusi sono i seguenti tipi di tiristori:
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Interruttori ottici progettati per controllare il flusso di luce. - Tiristori con controllo a transistor ad effetto di campo.
- Semiconduttori inverter ad alta velocità di commutazione.
- Le modifiche simmetriche consentono di sostituire due semiconduttori collegati in antiparallelo.
- I diodi diventano conduttivi quando vengono superati i picchi di tensione.
I parametri e le caratteristiche I - V dei tiristori, a seconda del loro tipo, differiscono in modo significativo. Di conseguenza, scegliendo l'una o l'altra varietà, sarà possibile garantire il corretto funzionamento dei circuiti elettrici, semplificando lo schema di esecuzione dell'apparecchiatura.
Metodi di commutazione
Il funzionamento delle chiavi è comandato tramite gli appositi segnali di commutazione, che consentono di aprire e chiudere gli ingressi, garantendo nel contempo il corretto funzionamento delle apparecchiature elettriche.
È consuetudine distinguere due metodi di commutazione:
- Costretto.
- Naturale.
La commutazione naturale dei conduttori si verifica quando l'interruttore viene utilizzato con corrente alternata. Il reindirizzamento si verifica quando la corrente scende a zero. Questo metodo di controllo dei dispositivi non ha ricevuto una distribuzione adeguata, poiché durante l'utilizzo è difficile garantire il corretto funzionamento del circuito elettrico, riducendo significativamente la funzionalità dei tiristori.
Per la commutazione forzata sono necessari condensatori aggiuntivi, che vengono caricati in anticipo premendo il pulsante della chiave. Un circuito LC è inoltre incluso nel circuito di controllo utilizzato, in cui un condensatore carico è un prerequisito. Durante la transizione nel circuito di carico si verificano potenti fluttuazioni di corrente, il che rende possibile la commutazione dei tiristori. Ad oggi, è il controllo forzato con semiconduttori il più diffuso, il che si spiega con la sua versatilità, semplicità e massima affidabilità.
Varietà di schemi di controllo forzato
Vari tipi di commutazione forzata possono essere utilizzati per controllare il funzionamento dei tasti. Molto spesso viene utilizzato un circuito con un condensatore di commutazione con polarità inversa. Tale diodo è collegato al circuito mediante un tiristore ausiliario aggiuntivo, che garantisce la formazione di una carica sul semiconduttore funzionante.
La corrente del condensatore è diretta verso la corrente dall'interruttore principale, il che consente di ridurre la tensione nella rete, fino alla caduta di questo parametro a zero. Quando la corrente diminuisce, il tiristore viene spento, dopodiché il ciclo viene ripetuto, il che consente di controllare correttamente il funzionamento dell'intero circuito elettrico e in particolare dei suoi singoli elementi.
È anche possibile utilizzare un circuito a commutazione forzata in cui sono collegati circuiti LC. All'inizio della commutazione, la corrente dalla catena LC viene diretta verso la tensione operativa, vengono rapidamente equalizzate e il tiristore viene spento.
Dal circuito oscillatorio, la corrente scorre attraverso l'interruttore nel diodo a semiconduttore. Ai tiristori viene applicata una tensione corrispondente, che in valore assoluto è uguale alla caduta di tensione ai capi del diodo.
Utilizzo in circuiti potenti
Lo scopo principale dei tiristori è organizzare il corretto funzionamento di un circuito potente. Includendo i semiconduttori nel circuito, è possibile eseguire le seguenti operazioni:
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Variare la corrente media per aiutare a regolare i segnali di controllo. - Scollegare o abilitare un circuito elettrico con carico attivo e resistivo.
Una caratteristica degli interruttori a tiristori è la loro capacità di condurre la corrente esclusivamente in una direzione. Pertanto, utilizzandoli in circuiti a corrente alternata, è necessario garantire il collegamento in parallelo. Gli indicatori medi della corrente elettrica al momento dell'applicazione dei segnali ai tiristori possono cambiare, il che costringe all'uso di condensatori aggiuntivi per la corretta organizzazione del circuito.
Il metodo di funzionamento a controllo di fase con commutazione forzata consente di regolare il carico modificando l'ampiezza della tensione tra le fasi. Tale commutazione artificiale viene eseguita utilizzando circuiti speciali o l'installazione di chiavi bloccabili aggiuntive. Il metodo del controllo di fase viene utilizzato nei caricabatterie in cui è necessario regolare l'intensità della corrente, tenendo conto del livello di energia accumulata nella batteria.
La tecnologia di controllo dell'ampiezza dell'impulso viene spesso definita PWM corrente. Quando il tiristore si apre, viene dato un segnale di controllo. Nella fase di transizione, la tensione diventa zero, che è un segnale per chiudere la chiave. La curva di corrente quando si utilizza il controllo di fase non sarà sinusoidale, ma completamente dipendente dalla forma d'onda della tensione di alimentazione. Il controllo dell'ampiezza dell'impulso ha uno schema di implementazione complesso, quindi questo metodo di commutazione viene utilizzato in apparecchiature industriali e potenti alimentatori.
Collegamento e protezione corretti
I tiristori di potenza sono fondamentali per la velocità di aumento della corrente. Il valore della corrente elettrica quando rifluisce attraverso l'interruttore può scendere a zero, il che porta alla sovratensione dei semiconduttori. Per proteggere i tasti, vengono utilizzati diodi aggiuntivi e vari circuiti per proteggere i dispositivi in modalità dinamica.
L'uso di un tale circuito consente di accendere gli interruttori in parallelo, il che impedisce che la corrente inversa e la sovratensione dei semiconduttori scendano a zero. Oggi ci sono molte opzioni per le modifiche schematiche dei circuiti, che vengono utilizzate in base ai parametri dei tiristori in varie condizioni e modalità.
