交流半導體器件

交流半導體電氣裝置的原理圖和設計是根據用途、要求和使用條件確定的。隨著非接觸式設備的廣泛應用，它們的實現有各種各樣的可能性。然而，所有這些都可以用一個通用框圖來表示，該框圖顯示了所需的功能塊數量及其交互。

圖 1 顯示了單極結構的交流半導體器件的框圖。它包括四個功能完整的單元。

具有電湧保護元件（圖1中的RC電路）的電源單元1是開關裝置及其執行主體的基礎。它可以僅基於受控閥門 - 晶閘管或借助二極管來完成。

在設計電流超過單個器件電流限制的器件時，需要將它們並聯起來。在這種情況下，必須採取特殊措施來消除個別器件電流分佈不均的現象，這是由於它們在導通狀態下的電流-電壓特性和導通時間分佈不一致造成的。

控制塊 2 包含選擇和記住來自控製或保護機構的命令、生成具有設置參數的控制脈衝、將這些脈衝到達晶閘管輸入與負載電流過零的時刻同步的設備。

如果設備除了具有電路切換功能外，還必須調節電壓和電流，則控制單元的電路變得更加複雜。在這種情況下，它由相位控制裝置補充，相位控制裝置提供控制脈衝相對於零電流的給定角度的偏移。

用於設備3的操作模式的傳感器塊包含用於電流和電壓的測量裝置、用於各種目的的保護繼電器、用於生成邏輯命令和用信號通知設備的開關位置的電路。

強制投切裝置4由電容器組、其充電電路和開關晶閘管組成。在交流電機中，僅當它們用作保護（斷路器）時才包含此設備。

設備的功率部分可以根據晶閘管反並聯連接的方案（見圖 1）、基於對稱晶閘管（三端雙向可控矽開關）（圖 2，a）以及晶閘管和二極管的各種組合（圖 2， b 和 c）。

在每種具體情況下，選擇電路選項時，應考慮以下因素：正在開發的器件的電壓和電流參數、使用的器件數量、長期負載承載能力和抗電流過載能力，晶閘管處理的複雜程度、重量和尺寸要求以及成本。

圖 1 — 交流晶閘管裝置框圖

圖 2 — 交流半導體設備的電源模塊

對比圖1和圖2所示的功率塊，反並聯晶閘管的方案具有最大的優勢，該方案包含的器件更少，尺寸、重量、能量損失和成本更小。

與可控矽相比，單向（單向）導通的晶閘管具有更高的電流和電壓參數，能夠承受明顯更大的電流過載。

平板晶閘管具有更高的熱循環。因此，對於通常不超過單個設備額定電流的開關電流，即不需要它們的組連接時，可以推薦使用三端雙向可控矽開關元件的電路。請注意，使用三端雙向可控矽有助於簡化電源單元的控制系統，它必須包含一個到設備極的輸出通道。

圖 2、b、c 所示的方案說明了使用二極管設計交流開關設備的可能性。這兩種方案都易於管理，但由於使用大量設備而存在缺點。

在圖 2 b 的電路中，使用二極管橋式整流器將電源的交流電壓轉換為單極性的全波電壓。結果，只有一個連接在整流橋輸出端的晶閘管（在橋的對角線上）能夠在兩個半週期內控制負載中的電流，如果在每個半週期的開始控制脈沖在其輸入端被接收。在停止產生控制脈沖之後，電路在負載電流最近的過零處被關閉。

然而，應該記住，只有在整流電流側電路的電感最小時，才能確保電路的可靠跳閘。否則，即使在半週期結束時電壓降為零，電流也會繼續流過晶閘管，使其無法關斷。當電源電壓的頻率增加時，也會出現電路緊急跳閘（不跳閘）的危險。

在電路中，如圖 2 所示，負載由連接在一起的兩個晶閘管控制，每個晶閘管都由一個不受控制的閥門沿相反方向操縱。由於在這種連接中晶閘管的陰極處於相同電位，這允許使用具有公共接地的單輸出或雙輸出控制脈衝發生器。

此類發電機的示意圖已大大簡化。此外，圖 2 中 c 電路中的晶閘管具有反向電壓保護功能，因此應僅針對正向電壓選擇。

按圖2、b、c所示方案製作的器件，在尺寸、技術特性和經濟指標方面均不如圖1c、2、a所示電路的開關器件。然而，它們廣泛用於自動化和繼電保護設備，其中開關功率以數百瓦為單位測量。特別是，它們可以用作脈衝發生器的輸出設備，以控制更強大設備的晶閘管塊。

季莫費耶夫 A.S.