<p>Se requiere la conexión en serie de SCR donde queremos cumplir con el requisito de mayor voltaje mediante el uso de varios SCR. Hagámoslo más fácil de entender. Supongamos que el SCR disponible con nosotros tiene un voltaje nominal de 600 V, pero el voltaje nominal requerido para nuestra aplicación es de 2400 V. En este caso, si se conectan cuatro o SCR en serie, se puede cumplir con este requisito de voltaje.
La forma de conexión es similar a la que hacemos en la conexión en serie de la batería. Esto significa que en la conexión en serie, el cátodo de un SCR está conectado al ánodo de otro SCR y así sucesivamente.
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Conexión en serie de SCR:
Para la conexión en serie de SCR, el requisito es que todos los SCR tengan características VI idénticas. Esto es necesario para obtener una distribución de voltaje uniforme en las unidades SCR individuales de la cadena. Podrías pensar ¿qué es una cuerda? La cadena no es más que los SCR conectados en serie. Es lo mismo que hablamos de cadena de aisladores. Pero cuando hablamos de cadena, existe una terminología asociada llamada eficiencia de cadena. En la conexión en serie de SCR, se hace un esfuerzo para lograr una mayor eficiencia de cadena. Cuanto mayor sea la eficiencia de la cadena, mayor será la ecualización de voltaje en las unidades SCR individuales de la cadena. Idealmente, el valor de la eficiencia de la cadena es 1. Pero prácticamente nunca podemos alcanzar este valor de unidad. La razón de esto se describe a continuación.
- Diferencia en VI o características estáticas de SCR
- Diferencia en las características dinámicas de SCR
Diferencia en VI o características estáticas de SCR:
Dos SCR que tengan la misma clasificación de placa de identificación y marca no pueden tener las mismas características VI. Las características VI de dos SCR idénticos se muestran a continuación.
Se puede ver en la figura anterior que para el mismo valor de corriente de fuga directa I0, el voltaje de bloqueo directo de SCR1 es mayor mientras que es menor para SCR2. Esto significa que el voltaje a través de SCR1 será mayor que el de SCR2 en una cadena. Por lo tanto, el voltaje que la cadena puede bloquear será (V1+V2). Sin embargo, según la clasificación de la placa de identificación, este voltaje de bloqueo directo de la cadena debe ser 2V1 ya que los SCR son idénticos y tienen el mismo voltaje de bloqueo directo. Por lo tanto, la eficiencia de la cadena de SCR se convertirá en
Eficiencia de cadena
= (V1+V2) / 2V1
= 0,5[1+ (V2/V1)]
Esto muestra que aunque los SCR tienen la misma clasificación, el voltaje compartido por cada unidad en la cadena no es el mismo. Por lo tanto, la eficiencia de la cuerda es menor que la unidad.
Por lo tanto, la razón principal de la distribución de voltaje no uniforme en cada unidad SCR en una cadena es la diferencia en sus características VI.
Ahora surge la pregunta, ¿no hay forma de igualar la distribución de voltaje? La respuesta es “Sí, existen métodos para mejorar la eficiencia de la cadena de SCR”.
¿Cómo igualar la distribución de voltaje a través de cada SCR en una cadena conectada en serie durante el estado estable?
Una nueva palabra, ecualización de voltaje durante el estado estable. ¿Por qué nueva palabra estado estacionario? Esto se debe a que las características estáticas o VI de SCR son la relación de voltaje y corriente en estado estable. Dado que la distribución de voltaje desigual se debe solo a la diferencia en las características VI de los SCR, esto significa que el remedio será aplicable para la condición de estado estable. Sigamos ahora.
Se logra una distribución de voltaje uniforme en estado estable conectando una resistencia adecuada en paralelo con cada uno de los SCR para que cada combinación en paralelo tenga la misma resistencia. Obviamente, esto requerirá un valor de resistencia diferente para estar en paralelo con cada SCR, lo que prácticamente no es factible. Pero lo que podemos hacer en la práctica es que podemos poner en paralelo el mismo valor de resistencia en cada SCR. Esta resistencia conectada en derivación con SCR se denomina circuito ecualizador estático. Esto ayuda a mejorar la eficiencia de la cadena en condiciones de estado estable. El valor de la resistencia de ecualización estática se da como
¿De dónde vino este valor de resistencia de compensación estática? ¿Es el resultado de un cálculo muy complicado? No amigos, es el resultado de un cálculo muy simple. Así que calculemos el valor de esta resistencia.
Cálculo de la resistencia de ecualización estática:
Supongamos que n SCR están conectados en serie. Esto se muestra en la figura a continuación.
Suponga que el SCR1 tiene la corriente de fuga directa mínima Ibmn y, por lo tanto, el voltaje de bloqueo directo máximo Vbm y todos los SCR restantes tienen la misma corriente de fuga directa Ibmx. Por lo tanto, la corriente a través de la resistencia R en derivación con SCR1, es decir, I1, será
I1 = I – Ibmn donde I es la corriente de cadena.
Voltaje a través de SCR1 = I1R
Similar,
I2 = I – Ibmx
Voltaje a través de (n-1) SCR = (n-1)I2R
Por lo tanto, el voltaje de la cadena
Vs = I1R+(n-1)I2R …….(1)
Deberíamos considerar el caso extremo del cálculo de la resistencia R para la ecualización de voltaje en la cadena de SCR. En un caso extremo, la caída de voltaje a través de SCR1 será el voltaje máximo de bloqueo directo Vbm. Por lo tanto,
Vbm = I1R
Así, la ecuación (1) se convierte en,
Vs = Vbm + (n-1)I2R
Pongamos ahora el valor de I2 en la ecuación anterior,
Vs = Vbm + (n-1) (I – Ibmx)R
= Vbm + (n-1)R [1 – (Ibmx – Ibmn)]
= Vbm + (n-1)I1R – (n-1)R(Ibmx – Ibmn)
Como, Vbm = I1R por lo tanto
Vs = Vbm + (n-1) Vbm – (n-1)R(Ibmx – Ibmn)
= nVbm – (n-1)R(Ibmx – Ibmn)
Por lo tanto,
R = [nVbm – Vs] / [(n-1)(Ibmx – Ibmn)]
Haga coincidir la expresión anterior de la resistencia de compensación estática R con la que se indicó anteriormente. ¿No son los dos iguales?
Hasta ahora hemos discutido la distribución de voltaje desigual debido a la diferencia en las características estáticas o VI de SCR en la cadena y el método para mejorar la eficiencia de la cadena. Ahora es el momento de discutir la distribución de voltaje desigual debido a la diferencia en las características de conmutación dinámica de SCR y el método para igualar la distribución de voltaje.
Diferencia en las características dinámicas de SCR:
No lo llevaré en profundidad a las características dinámicas de SCR, pero siempre puede leer para obtener más detalles. Por el momento, las características dinámicas se refieren al tiempo de encendido y apagado del SCR. Entonces, si las características dinámicas de dos SCR difieren, simplemente entenderemos que su tiempo de encendido y apagado es diferente. Investiguemos el efecto de diferentes tiempos de encendido y apagado de SCR en una cadena.
Consideremos dos SCR conectados en serie. Suponga que SCR1 tiene menos tiempo de encendido mientras que el otro SCR2 tiene un poco más de tiempo de encendido. Suponga que ambos SCR comparten el mismo voltaje directo, es decir (Vs/2), donde Vs es el voltaje de la cadena.
Tan pronto como ambos SCR estén activados, SCR1 se encenderá antes y, por lo tanto, la caída de voltaje en sus terminales caerá mientras que el voltaje en SCR2 se convertirá en Vs. SCR2 se encenderá después de un tiempo. Hasta el momento en que se apaga SCR2, hay un reparto de voltaje desigual.
De manera similar, durante el apagado habrá una distribución de voltaje desigual a través de cada SCR en la cadena.
¿Cómo igualar la distribución de voltaje a través de cada SCR en una cadena conectada en serie durante un estado transitorio o de conmutación?
Para comprender el método de ecualización de voltaje a través de cada SCR en una cadena conectada en serie durante el tiempo de encendido y apagado, primero debemos investigar el motivo por el cual los SCR comparten un voltaje desigual.
El factor responsable de la distribución desigual del voltaje es la capacitancia de la unión polarizada inversamente durante el proceso de encendido y apagado. Esta capacitancia de la unión polarizada inversamente se denomina autocapacitancia del tiristor o SCR. Dado que la autocapacitancia de diferentes SCR difiere, el voltaje compartido también difiere. Por lo tanto, nuestro objetivo debería ser igualar la capacitancia de todas las unidades SCR en la cadena de todos modos.
Podemos conectar un valor fijo de capacitancia a través de cada SCR para que el valor combinado de capacitancia de la conexión en paralelo sea el mismo para todas las unidades SCR. Por lo tanto, la distribución de voltaje se igualará entre todos los SCR.
Cuando el SCR está en modo de bloqueo directo, este capacitor de derivación se carga hasta el voltaje de suministro y tan pronto como el SCR comienza la conducción, este capacitor cargado se descarga. El valor de esta corriente de descarga puede ser muy elevado. Por lo tanto, para limitar la corriente de descarga, también se conecta una resistencia limitadora Rc en serie con el capacitor de derivación. La combinación de Rc y el condensador C se llama circuito de ecualización dinámica.
Pero como era de esperar, la resistencia limitadora debería aparecer en la imagen cuando el SCR está en modo de conducción directa. Para implementar esto, se conecta un diodo en paralelo con la resistencia limitadora Rc como se muestra en la figura.
Cuando SCR está en modo de bloqueo directo, el diodo tiene polarización directa. Por lo tanto, la resistencia Rc está en derivación. Pero tan pronto como SCR comienza a conducir, el diodo se polariza inversamente debido al voltaje del capacitor. Esto obliga a que la corriente de descarga del capacitor fluya a través de la resistencia Rc. Por lo tanto, este circuito protege al SCR de dv/dt así como de di/dt.
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