Conexi贸n en serie de SCR y ecualizaci贸n de voltaje

<p>Se requiere la conexi贸n en serie de SCR donde queremos cumplir con el requisito de mayor voltaje mediante el uso de varios SCR. Hag谩moslo m谩s f谩cil de entender. Supongamos que el SCR disponible con nosotros tiene un voltaje nominal de 600 V, pero el voltaje nominal requerido para nuestra aplicaci贸n 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 conexi贸n es similar a la que hacemos en la conexi贸n en serie de la bater铆a. Esto significa que en la conexi贸n en serie, el c谩todo de un SCR est谩 conectado al 谩nodo de otro SCR y as铆 sucesivamente.

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Conexi贸n en serie de SCR:

Para la conexi贸n en serie de SCR, el requisito es que todos los SCR tengan caracter铆sticas VI id茅nticas. Esto es necesario para obtener una distribuci贸n de voltaje uniforme en las unidades SCR individuales de la cadena. Podr铆as pensar 驴qu茅 es una cuerda? La cadena no es m谩s que los SCR conectados en serie. Es lo mismo que hablamos de cadena de aisladores. Pero cuando hablamos de cadena, existe una terminolog铆a asociada llamada eficiencia de cadena. En la conexi贸n en serie de SCR, se hace un esfuerzo para lograr una mayor eficiencia de cadena. Cuanto mayor sea la eficiencia de la cadena, mayor ser谩 la ecualizaci贸n de voltaje en las unidades SCR individuales de la cadena. Idealmente, el valor de la eficiencia de la cadena es 1. Pero pr谩cticamente nunca podemos alcanzar este valor de unidad. La raz贸n de esto se describe a continuaci贸n.

  • Diferencia en VI o caracter铆sticas est谩ticas de SCR
  • Diferencia en las caracter铆sticas din谩micas de SCR

Diferencia en VI o caracter铆sticas est谩ticas de SCR:

Dos SCR que tengan la misma clasificaci贸n de placa de identificaci贸n y marca no pueden tener las mismas caracter铆sticas VI. Las caracter铆sticas VI de dos SCR id茅nticos se muestran a continuaci贸n.

Conexi贸n en serie de SCR

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 trav茅s de SCR1 ser谩 mayor que el de SCR2 en una cadena. Por lo tanto, el voltaje que la cadena puede bloquear ser谩 (V1+V2). Sin embargo, seg煤n la clasificaci贸n de la placa de identificaci贸n, este voltaje de bloqueo directo de la cadena debe ser 2V1 ya que los SCR son id茅nticos y tienen el mismo voltaje de bloqueo directo. Por lo tanto, la eficiencia de la cadena de SCR se convertir谩 en

Eficiencia de cadena

= (V1+V2) / 2V1

= 0,5[1+ (V2/V1)]

Esto muestra que aunque los SCR tienen la misma clasificaci贸n, 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 raz贸n principal de la distribuci贸n de voltaje no uniforme en cada unidad SCR en una cadena es la diferencia en sus caracter铆sticas VI.

Ahora surge la pregunta, 驴no hay forma de igualar la distribuci贸n de voltaje? La respuesta es 鈥淪铆, existen m茅todos para mejorar la eficiencia de la cadena de SCR鈥.

驴C贸mo igualar la distribuci贸n de voltaje a trav茅s de cada SCR en una cadena conectada en serie durante el estado estable?

Una nueva palabra, ecualizaci贸n de voltaje durante el estado estable. 驴Por qu茅 nueva palabra estado estacionario? Esto se debe a que las caracter铆sticas est谩ticas o VI de SCR son la relaci贸n de voltaje y corriente en estado estable. Dado que la distribuci贸n de voltaje desigual se debe solo a la diferencia en las caracter铆sticas VI de los SCR, esto significa que el remedio ser谩 aplicable para la condici贸n de estado estable. Sigamos ahora.

Se logra una distribuci贸n de voltaje uniforme en estado estable conectando una resistencia adecuada en paralelo con cada uno de los SCR para que cada combinaci贸n en paralelo tenga la misma resistencia. Obviamente, esto requerir谩 un valor de resistencia diferente para estar en paralelo con cada SCR, lo que pr谩cticamente no es factible. Pero lo que podemos hacer en la pr谩ctica es que podemos poner en paralelo el mismo valor de resistencia en cada SCR. Esta resistencia conectada en derivaci贸n con SCR se denomina circuito ecualizador est谩tico. Esto ayuda a mejorar la eficiencia de la cadena en condiciones de estado estable. El valor de la resistencia de ecualizaci贸n est谩tica se da como

Valor de la resistencia de compensaci贸n en SCR conectado en serie

驴De d贸nde vino este valor de resistencia de compensaci贸n est谩tica? 驴Es el resultado de un c谩lculo muy complicado? No amigos, es el resultado de un c谩lculo muy simple. As铆 que calculemos el valor de esta resistencia.

C谩lculo de la resistencia de ecualizaci贸n est谩tica:

Supongamos que n SCR est谩n conectados en serie. Esto se muestra en la figura a continuaci贸n.

Circuito de ecualizaci贸n de tensi贸n o de ecualizaci贸n est谩tica en SCR conectado en serie

Suponga que el SCR1 tiene la corriente de fuga directa m铆nima Ibmn y, por lo tanto, el voltaje de bloqueo directo m谩ximo Vbm y todos los SCR restantes tienen la misma corriente de fuga directa Ibmx. Por lo tanto, la corriente a trav茅s de la resistencia R en derivaci贸n con SCR1, es decir, I1, ser谩

I1 = I 鈥 Ibmn donde I es la corriente de cadena.

Voltaje a trav茅s de SCR1 = I1R

Similar,

I2 = I 鈥 Ibmx

Voltaje a trav茅s de (n-1) SCR = (n-1)I2R

Por lo tanto, el voltaje de la cadena

Vs = I1R+(n-1)I2R 鈥︹.(1)

Deber铆amos considerar el caso extremo del c谩lculo de la resistencia R para la ecualizaci贸n de voltaje en la cadena de SCR. En un caso extremo, la ca铆da de voltaje a trav茅s de SCR1 ser谩 el voltaje m谩ximo de bloqueo directo Vbm. Por lo tanto,

Vbm = I1R

As铆, la ecuaci贸n (1) se convierte en,

Vs = Vbm + (n-1)I2R

Pongamos ahora el valor de I2 en la ecuaci贸n anterior,

Vs = Vbm + (n-1) (I 鈥 Ibmx)R

= Vbm + (n-1)R [1 鈥 (Ibmx 鈥 Ibmn)]

= Vbm + (n-1)I1R 鈥 (n-1)R(Ibmx 鈥 Ibmn)

Como, Vbm = I1R por lo tanto

Vs = Vbm + (n-1) Vbm 鈥 (n-1)R(Ibmx 鈥 Ibmn)

= nVbm 鈥 (n-1)R(Ibmx 鈥 Ibmn)

Por lo tanto,

R = [nVbm 鈥 Vs] / [(n-1)(Ibmx 鈥 Ibmn)]

Haga coincidir la expresi贸n anterior de la resistencia de compensaci贸n est谩tica R con la que se indic贸 anteriormente. 驴No son los dos iguales?

Hasta ahora hemos discutido la distribuci贸n de voltaje desigual debido a la diferencia en las caracter铆sticas est谩ticas o VI de SCR en la cadena y el m茅todo para mejorar la eficiencia de la cadena. Ahora es el momento de discutir la distribuci贸n de voltaje desigual debido a la diferencia en las caracter铆sticas de conmutaci贸n din谩mica de SCR y el m茅todo para igualar la distribuci贸n de voltaje.

Diferencia en las caracter铆sticas din谩micas de SCR:

No lo llevar茅 en profundidad a las caracter铆sticas din谩micas de SCR, pero siempre puede leer para obtener m谩s detalles. Por el momento, las caracter铆sticas din谩micas se refieren al tiempo de encendido y apagado del SCR. Entonces, si las caracter铆sticas din谩micas 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 m谩s 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 est茅n activados, SCR1 se encender谩 antes y, por lo tanto, la ca铆da de voltaje en sus terminales caer谩 mientras que el voltaje en SCR2 se convertir谩 en Vs. SCR2 se encender谩 despu茅s de un tiempo. Hasta el momento en que se apaga SCR2, hay un reparto de voltaje desigual.

De manera similar, durante el apagado habr谩 una distribuci贸n de voltaje desigual a trav茅s de cada SCR en la cadena.

驴C贸mo igualar la distribuci贸n de voltaje a trav茅s de cada SCR en una cadena conectada en serie durante un estado transitorio o de conmutaci贸n?

Para comprender el m茅todo de ecualizaci贸n de voltaje a trav茅s 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 distribuci贸n desigual del voltaje es la capacitancia de la uni贸n polarizada inversamente durante el proceso de encendido y apagado. Esta capacitancia de la uni贸n polarizada inversamente se denomina autocapacitancia del tiristor o SCR. Dado que la autocapacitancia de diferentes SCR difiere, el voltaje compartido tambi茅n difiere. Por lo tanto, nuestro objetivo deber铆a ser igualar la capacitancia de todas las unidades SCR en la cadena de todos modos.

Podemos conectar un valor fijo de capacitancia a trav茅s de cada SCR para que el valor combinado de capacitancia de la conexi贸n en paralelo sea el mismo para todas las unidades SCR. Por lo tanto, la distribuci贸n de voltaje se igualar谩 entre todos los SCR.

Cuando el SCR est谩 en modo de bloqueo directo, este capacitor de derivaci贸n se carga hasta el voltaje de suministro y tan pronto como el SCR comienza la conducci贸n, 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, tambi茅n se conecta una resistencia limitadora Rc en serie con el capacitor de derivaci贸n. La combinaci贸n de Rc y el condensador C se llama circuito de ecualizaci贸n din谩mica.

Pero como era de esperar, la resistencia limitadora deber铆a aparecer en la imagen cuando el SCR est谩 en modo de conducci贸n directa. Para implementar esto, se conecta un diodo en paralelo con la resistencia limitadora Rc como se muestra en la figura.

Ecualizaci贸n de voltaje o circuito de ecualizaci贸n din谩mica durante el proceso de encendido y apagado

Cuando SCR est谩 en modo de bloqueo directo, el diodo tiene polarizaci贸n directa. Por lo tanto, la resistencia Rc est谩 en derivaci贸n. 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 trav茅s de la resistencia Rc. Por lo tanto, este circuito protege al SCR de dv/dt as铆 como de di/dt.

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