એસી સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણો

એસી સેમિકન્ડક્ટર ઇલેક્ટ્રિકલ ઉપકરણોની યોજનાકીય રેખાકૃતિ અને ડિઝાઇન હેતુ, જરૂરિયાતો અને ઓપરેટિંગ શરતો દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. કોન્ટેક્ટલેસ ડિવાઈસને મળેલી વિશાળ એપ્લિકેશન સાથે, તેમના અમલીકરણ માટે વિવિધ પ્રકારની શક્યતાઓ છે. જો કે, તે બધાને સામાન્યકૃત બ્લોક ડાયાગ્રામ દ્વારા રજૂ કરી શકાય છે જે જરૂરી સંખ્યામાં કાર્યાત્મક બ્લોક્સ અને તેમની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દર્શાવે છે.

આકૃતિ 1 યુનિપોલર કન્સ્ટ્રક્શનમાં AC સેમિકન્ડક્ટર ડિવાઇસનો બ્લોક ડાયાગ્રામ બતાવે છે. તેમાં ચાર કાર્યાત્મક રીતે સંપૂર્ણ એકમોનો સમાવેશ થાય છે.

સર્જ પ્રોટેક્શન એલિમેન્ટ્સ સાથે પાવર સપ્લાય યુનિટ 1 (આકૃતિ 1 માં આરસી-સર્કિટ) એ સ્વિચિંગ ડિવાઇસનો આધાર છે, તેની એક્ઝિક્યુટિવ બોડી. તે માત્ર નિયંત્રિત વાલ્વના આધારે કરી શકાય છે - થાઇરિસ્ટોર્સ અથવા ડાયોડ્સની મદદથી.

જ્યારે એક ઉપકરણની વર્તમાન મર્યાદા કરતાં વધુ વર્તમાન માટે ઉપકરણને ડિઝાઇન કરતી વખતે, તેને સમાંતરમાં કનેક્ટ કરવું જરૂરી છે.આ કિસ્સામાં, વ્યક્તિગત ઉપકરણોમાં વર્તમાનના અસમાન વિતરણને દૂર કરવા માટે વિશેષ પગલાં લેવા જોઈએ, જે વાહક સ્થિતિમાં તેમની વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતાઓની બિન-ઓળખ અને ટર્ન-ઓન સમયના વિતરણને કારણે છે.

કંટ્રોલ બ્લોક 2 એ એવા ઉપકરણો ધરાવે છે જે નિયંત્રણ અથવા સંરક્ષણ સંસ્થાઓમાંથી આવતા આદેશોને પસંદ કરે છે અને યાદ રાખે છે, સેટ પેરામીટર્સ સાથે કંટ્રોલ પલ્સ જનરેટ કરે છે, જ્યારે લોડમાં વર્તમાન શૂન્યને પાર કરે છે ત્યારે થાઇરિસ્ટર ઇનપુટ્સ પર આ કઠોળના આગમનને સિંક્રનાઇઝ કરે છે.

જો ઉપકરણ, સર્કિટ સ્વિચિંગ ફંક્શન ઉપરાંત, વોલ્ટેજ અને વર્તમાનનું નિયમન કરે તો કંટ્રોલ યુનિટનું સર્કિટ વધુ જટિલ બની જાય છે. આ કિસ્સામાં, તે તબક્કા નિયંત્રણ ઉપકરણ દ્વારા પૂરક છે, જે શૂન્ય પ્રવાહની તુલનામાં આપેલ કોણ દ્વારા નિયંત્રણ સ્પંદનોની પાળી પ્રદાન કરે છે.

ઉપકરણ 3 ના ઑપરેશન મોડ માટેના સેન્સર્સના બ્લોકમાં વર્તમાન અને વોલ્ટેજ માટે માપન ઉપકરણો, વિવિધ હેતુઓ માટે રક્ષણાત્મક રિલે, લોજિકલ આદેશો જનરેટ કરવા અને ઉપકરણની સ્વિચિંગ સ્થિતિને સંકેત આપવા માટે એક સર્કિટ શામેલ છે.

ફરજિયાત સ્વિચિંગ ડિવાઇસ 4 કેપેસિટર બેંક, તેના ચાર્જિંગ સર્કિટ અને સ્વિચિંગ થાઇરિસ્ટર્સને જોડે છે. વૈકલ્પિક વર્તમાન મશીનોમાં, આ ઉપકરણ ફક્ત ત્યારે જ સમાયેલ છે જો તેનો ઉપયોગ સુરક્ષા (સર્કિટ બ્રેકર્સ) તરીકે કરવામાં આવે.

સપ્રમાણ થાઇરિસ્ટર (ટ્રાયક) (આકૃતિ 2, એ) અને થાઇરિસ્ટોર્સ અને ડાયોડના વિવિધ સંયોજનો (આકૃતિ 2, b અને c).

દરેક ચોક્કસ કિસ્સામાં, સર્કિટ વિકલ્પ પસંદ કરતી વખતે, નીચેના પરિબળોને ધ્યાનમાં લેવા જોઈએ: વિકસિત થઈ રહેલા ઉપકરણના વોલ્ટેજ અને વર્તમાન પરિમાણો, ઉપયોગમાં લેવાતા ઉપકરણોની સંખ્યા, લાંબા ગાળાની લોડ વહન કરવાની ક્ષમતા અને વર્તમાન ઓવરલોડ સામે પ્રતિકાર, થાઇરિસ્ટર હેન્ડલિંગની જટિલતાની ડિગ્રી, વજન અને કદની જરૂરિયાતો અને કિંમત.

આકૃતિ 1 — AC થાઇરિસ્ટર ઉપકરણનો બ્લોક ડાયાગ્રામ

આકૃતિ 2 — AC સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણોના પાવર બ્લોક્સ

આકૃતિ 1 અને 2 માં બતાવેલ પાવર બ્લોક્સની સરખામણી બતાવે છે કે એન્ટિ-સમાંતર કનેક્ટેડ થાઇરિસ્ટોર્સ સાથેની યોજનામાં સૌથી વધુ ફાયદા છે. આવી યોજનામાં ઓછા ઉપકરણો હોય છે, નાના પરિમાણો, વજન, ઊર્જા નુકશાન અને ખર્ચ હોય છે.

ટ્રાઇક્સની તુલનામાં, યુનિડાયરેક્શનલ (એક-માર્ગી) વહન ધરાવતા થાઇરિસ્ટોર્સમાં ઉચ્ચ પ્રવાહ અને વોલ્ટેજ પરિમાણો હોય છે અને તે નોંધપાત્ર રીતે વધુ વર્તમાન ઓવરલોડનો સામનો કરવામાં સક્ષમ હોય છે.

ટેબ્લેટ થાઇરીસ્ટોર્સનું થર્મલ ચક્ર વધારે હોય છે. તેથી, પ્રવાહોને સ્વિચ કરવા માટે ટ્રાઇક્સનો ઉપયોગ કરીને સર્કિટની ભલામણ કરી શકાય છે જે, એક નિયમ તરીકે, એક ઉપકરણના વર્તમાન રેટિંગ કરતાં વધી જતું નથી, એટલે કે જ્યારે તેમના જૂથ જોડાણની આવશ્યકતા નથી. નોંધ કરો કે ટ્રાઇક્સનો ઉપયોગ પાવર સપ્લાય યુનિટની કંટ્રોલ સિસ્ટમને સરળ બનાવવામાં મદદ કરે છે, તેમાં ઉપકરણના ધ્રુવ પર આઉટપુટ ચેનલ હોવી આવશ્યક છે.

આકૃતિ 2, b, c માં દર્શાવેલ યોજનાઓ ડાયોડનો ઉપયોગ કરીને વૈકલ્પિક વર્તમાન સ્વિચિંગ ઉપકરણોને ડિઝાઇન કરવાની શક્યતા દર્શાવે છે. બંને યોજનાઓનું સંચાલન કરવું સરળ છે, પરંતુ મોટી સંખ્યામાં ઉપકરણોના ઉપયોગને કારણે ગેરફાયદા છે.

આકૃતિ 2, b ના સર્કિટમાં, પાવર સ્ત્રોતનું વૈકલ્પિક વોલ્ટેજ ડાયોડ બ્રિજ રેક્ટિફાયરનો ઉપયોગ કરીને એક ધ્રુવીયતાના સંપૂર્ણ-તરંગ વોલ્ટેજમાં રૂપાંતરિત થાય છે. પરિણામે, રેક્ટિફાયર બ્રિજના આઉટપુટ પર જોડાયેલ માત્ર એક થાઇરિસ્ટર (બ્રિજના કર્ણમાં) બે અર્ધ-ચક્ર દરમિયાન લોડમાં પ્રવાહને નિયંત્રિત કરવામાં સક્ષમ બને છે, જો દરેક અર્ધ-ચક્રની શરૂઆતમાં નિયંત્રણ કઠોળ તેના ઇનપુટ પર પ્રાપ્ત થાય છે. કંટ્રોલ પલ્સનું ઉત્પાદન બંધ કર્યા પછી લોડ પ્રવાહના નજીકના શૂન્ય ક્રોસિંગ પર સર્કિટ બંધ થાય છે.

જો કે, તે ધ્યાનમાં રાખવું જોઈએ કે સર્કિટનું વિશ્વસનીય ટ્રિપિંગ ફક્ત સુધારેલા પ્રવાહની બાજુમાં સર્કિટના ન્યૂનતમ ઇન્ડક્ટન્સ સાથે સુનિશ્ચિત કરવામાં આવે છે. નહિંતર, જો અર્ધ-ચક્રના અંતે વોલ્ટેજ શૂન્ય સુધી ઘટી જાય, તો પણ થાઇરિસ્ટરમાંથી પ્રવાહ ચાલુ રહેશે, તેને બંધ થતા અટકાવશે. જ્યારે સપ્લાય વોલ્ટેજની આવર્તન વધે છે ત્યારે સર્કિટના કટોકટી ટ્રિપિંગ (ટ્રીપિંગ વિના) નો ભય પણ થાય છે.

સર્કિટમાં, આકૃતિ 2 માં, લોડને એકસાથે જોડાયેલા બે થાઇરિસ્ટોર્સ દ્વારા નિયંત્રિત કરવામાં આવે છે, જેમાંથી દરેક અનિયંત્રિત વાલ્વ દ્વારા વિરુદ્ધ દિશામાં ચાલાકીથી થાય છે. આવા જોડાણમાં થાઇરિસ્ટર્સના કેથોડ્સ સમાન સંભવિતતા પર હોવાથી, આ એક સામાન્ય જમીન સાથે સિંગલ-આઉટપુટ અથવા બે-આઉટપુટ કંટ્રોલ પલ્સ જનરેટરનો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે.

આવા જનરેટરના યોજનાકીય આકૃતિઓ મોટા પ્રમાણમાં સરળ છે. વધુમાં, આકૃતિ 2, c માં, સર્કિટમાંના થાઇરિસ્ટોર્સ રિવર્સ વોલ્ટેજ સામે સુરક્ષિત છે અને તેથી તે ફક્ત ફોરવર્ડ વોલ્ટેજ માટે જ પસંદ કરવા જોઈએ.

પરિમાણો, તકનીકી લાક્ષણિકતાઓ અને આર્થિક સૂચકાંકોના સંદર્ભમાં, આકૃતિ 2, b, c માં બતાવેલ યોજનાઓ અનુસાર બનાવેલા ઉપકરણો સ્વિચિંગ ઉપકરણો કરતા હલકી ગુણવત્તાવાળા છે જેની સર્કિટ આકૃતિ 1 c, 2, a માં દર્શાવવામાં આવી છે. તેમ છતાં, તેઓ ઓટોમેશન અને રિલે સંરક્ષણ ઉપકરણોમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે, જ્યાં સ્વિચિંગ પાવર સેંકડો વોટ્સમાં માપવામાં આવે છે. ખાસ કરીને, તેઓ વધુ શક્તિશાળી ઉપકરણોના થાઇરિસ્ટર બ્લોક્સને નિયંત્રિત કરવા માટે પલ્સ શેપર્સના આઉટપુટ ઉપકરણો તરીકે ઉપયોગ કરી શકાય છે.

ટીમોફીવ એ.એસ.