交流半导体器件

交流半导体电气装置的原理图和设计是根据用途、要求和使用条件确定的。随着非接触式设备的广泛应用，它们的实现有各种各样的可能性。然而，所有这些都可以用一个通用框图来表示，该框图显示了所需的功能块数量及其交互。

图 1 显示了单极结构的交流半导体器件的框图。它包括四个功能完整的单元。

具有电涌保护元件（图1中的RC电路）的电源单元1是开关装置及其执行主体的基础。它可以仅基于受控阀门 - 晶闸管或借助二极管来完成。

在设计电流超过单个器件电流限制的器件时，需要将它们并联起来。在这种情况下，必须采取特殊措施来消除个别器件电流分布不均的现象，这是由于它们在导通状态下的电流-电压特性和导通时间分布不一致造成的。

控制块 2 包含选择和记住来自控制或保护机构的命令、生成具有设置参数的控制脉冲、将这些脉冲到达晶闸管输入与负载电流过零的时刻同步的设备。

如果设备除了具有电路切换功能外，还必须调节电压和电流，则控制单元的电路变得更加复杂。在这种情况下，它由相位控制装置补充，相位控制装置提供控制脉冲相对于零电流的给定角度的偏移。

用于设备3的操作模式的传感器块包含用于电流和电压的测量装置、用于各种目的的保护继电器、用于生成逻辑命令和用信号通知设备的切换位置的电路​​。

强制投切装置4由电容器组、其充电电路和开关晶闸管组成。在交流电机中，仅当它们用作保护（断路器）时才包含此设备。

设备的功率部分可以根据晶闸管反并联连接的方案（见图 1）、基于对称晶闸管（三端双向可控硅开关）（图 2，a）以及晶闸管和二极管的各种组合（图 2， b 和 c）。

在每种具体情况下，选择电路选项时，应考虑以下因素：正在开发的器件的电压和电流参数、使用的器件数量、长期负载承载能力和抗电流过载能力，晶闸管处理的复杂程度、重量和尺寸要求以及成本。

图 1 — 交流晶闸管装置框图

图 2 — 交流半导体设备的电源模块

对比图1和图2所示的功率块，反并联晶闸管的方案具有最大的优势，该方案包含的器件更少，尺寸、重量、能量损失和成本更小。

与可控硅相比，单向（单向）导通的晶闸管具有更高的电流和电压参数，能够承受明显更大的电流过载。

平板晶闸管具有更高的热循环。因此，对于通常不超过单个设备额定电流的开关电流，即不需要它们的组连接时，可以推荐使用三端双向可控硅开关元件的电路。请注意，使用三端双向可控硅有助于简化电源单元的控制系统，它必须包含一个到设备极的输出通道。

图 2、b、c 所示的方案说明了使用二极管设计交流开关设备的可能性。这两种方案都易于管理，但由于使用大量设备而存在缺点。

在图 2 b 的电路中，使用二极管桥式整流器将电源的交流电压转换为单极性的全波电压。结果，只有一个连接在整流桥输出端的晶闸管（在桥的对角线上）能够在两个半周期内控制负载中的电流，如果在每个半周期的开始控制脉冲在其输入端被接收。在停止产生控制脉冲后，电路在负载电流最近的过零处被关闭。

然而，应该记住，只有在整流电流侧的电路电感最小的情况下，才能确保电路的可靠跳闸。否则，即使在半周期结束时电压降为零，电流也会继续流过晶闸管，使其无法关断。当电源电压的频率增加时，也会出现电路紧急跳闸（不跳闸）的危险。

在电路中，如图 2 所示，负载由连接在一起的两个晶闸管控制，每个晶闸管都由一个不受控制的阀门沿相反方向操纵。由于在这种连接中晶闸管的阴极处于相同电位，这允许使用具有公共接地的单输出或双输出控制脉冲发生器。

这种发电机的示意图大大简化了。此外，图 2 中 c 电路中的晶闸管具有反向电压保护功能，因此应仅针对正向电压选择。

按图2、b、c所示方案制作的器件，在尺寸、技术特性和经济指标方面均不如图1c、2、a所示电路的开关器件。然而，它们广泛用于自动化和继电保护设备，其中开关功率以数百瓦测量。特别是，它们可以用作脉冲整形器的输出设备，以控制更强大设备的晶闸管块。

季莫费耶夫 A.S.