Explicación del interruptor conmutado actual

<p>El interruptor conmutado de corriente es un tipo de interruptor en el que la conmutación del tiristor utilizado en el circuito tiene lugar debido a la corriente oscilatoria que lo atraviesa. Este artículo explica el interruptor conmutado actual junto con su diagrama de circuito, principio de funcionamiento y varias formas de onda.

Diagrama de circuito:

El diagrama de circuito de un interruptor conmutado actual se muestra a continuación. En este diagrama, T1 es el tiristor principal. El circuito de conmutación se compone de TA (el tiristor auxiliar), condensador C, inductor L y diodo D1 y D2.

Diagrama de circuito

FD es el diodo de rueda libre y RC es la resistencia de carga. Para simplificar el análisis, se hacen las siguientes suposiciones:

• La corriente de carga es constante
• Los SCR y los diodos son interruptores ideales
• La resistencia de carga RC es muy grande y puede tratarse como un circuito abierto durante la conmutación.
• Las corrientes ic, iT1, ifd e io se tratan como positivas cuando están en las direcciones de las flechas marcadas. De manera similar, los voltajes vc, vT1, vTA y vo se toman como positivos con las polaridades marcadas en el diagrama del circuito.

Principio de funcionamiento del interruptor conmutado actual:

El principio de funcionamiento del interruptor conmutado actual se basa en la técnica de conmutación actual del tiristor. La energía requerida para la conmutación proviene del capacitor C cargado. Este capacitor se carga primero al voltaje de fuente Vs cargando la resistencia RC. Una vez que el capacitor C se carga a Vs, el tiristor principal T1 se enciende para que el voltaje de carga vo sea igual al voltaje de fuente Vs y la corriente de carga io = Io. Con el encendido de T1, el circuito de conmutación permanece inactivo. Entra en servicio cuando se dispara el tiristor auxiliar TA.

El principio de funcionamiento del interruptor conmutado actual se puede dividir en cinco modos solo para tener una mejor comprensión.

Modo-1:

En el momento t = 0, se dispara el SCR principal T1, lo que da como resultado que el voltaje y la corriente de la carga sean iguales a Vs e Io, respectivamente. Esto se debe a que la carga está directamente conectada a la fuente a través de T1. El diagrama de circuito equivalente para el Modo-1 se muestra a continuación.

Para iniciar la conmutación del tiristor principal T1, se enciende el tiristor auxiliar TA (digamos en t=t1). Esto da como resultado un circuito oscilatorio compuesto por C, L y TA. El voltaje y la corriente a través de este circuito oscilatorio varían sinusoidalmente.

La magnitud de la corriente oscilatoria se da como

Durante el intervalo de tiempo (t2-t1), ic y vc varían sinusoidalmente durante medio ciclo (consulte la sección de forma de onda). En este modo, la corriente a través del circuito oscilatorio es máxima cuando el voltaje a través del capacitor se reduce a cero. En t2, la corriente a través del circuito oscilatorio tiende a invertirse en el tiristor auxiliar TA y, por lo tanto, se conmuta naturalmente. En t2, vc = -Vs como se muestra en la forma de onda. Esto significa que la placa inferior del condensador está cargada positivamente, mientras que la placa superior está cargada negativamente. Tenga en cuenta que T1 no se ve afectado durante este modo y, por lo tanto, la corriente y el voltaje de carga seguirán siendo Io y Vo respectivamente.

Modo-2:

Cuando TA se apaga en t2, la corriente oscilatoria comienza a fluir a través de C, L, D2 y T1. Consulte el diagrama de circuito equivalente para este modo que se muestra a continuación.

Cabe señalar que la corriente fluirá a través de T1, no a través de D1. Esto se debe a que D1 está polarizado inversamente por una pequeña caída de voltaje en el tiristor conductor T1. Por lo tanto, después de t2, ic pasaría por T1 y no por D1.

En el tiristor T1, ic se opone a la corriente de carga io de modo que iT1 = (Io – ic). En algún momento t3, cuando ic sube a Io, la corriente a través del tiristor principal se reducirá a cero y, por lo tanto, se conmutará, es decir, se apagará en t = t3. Dado que la corriente oscilatoria a través de T1 lo apaga, se llama interruptor de corriente conmutada.

Durante este modo, el voltaje de carga permanece Vs a través de T1. Para este modo, t2

Modo-3:

Como T1 se apaga en t=t3, ic se vuelve más que Io. Después de t3, ic suministra corriente de carga Io y el exceso de corriente (ic – Io) se conduce a través de D1. Este modo de operación se representa en la siguiente figura.

La caída de voltaje en D1 mantiene a T1 polarizada inversamente para (t4-t3) = tc; esto se muestra en la forma de onda de vT1. En t4, si vc se vuelve mayor que Vs, FD entra en conducción; de lo contrario, seguiría el Modo-4. Durante el Modo 3, cuando ic está en su valor máximo, el voltaje a través del capacitor se vuelve igual a cero. Después de este pico, el voltaje del capacitor se invierte y su placa superior e inferior se vuelve positiva y negativa respectivamente.

Modo-4:

En t = t4, la corriente del condensador ic se reduce a cero. Esto da como resultado iD1 = 0 y el diodo D1 se apaga. Después de t4, una corriente de carga constante Io comienza a fluir a través del capacitor C, L y D2. Dado que la corriente a través del capacitor es constante, comienza a cargarse linealmente hasta que el voltaje a través de él se vuelve igual al voltaje de la fuente Vs. Tenga en cuenta que la corriente es constante (igual a Io) durante este período, es decir, (t5-t4).

A continuación se muestra el diagrama de circuito equivalente para la operación en Modo 4 del interruptor conmutado actual.

Como D1 se apaga en t4, vT1 = vTA = vc; esto se muestra como ab en la forma de onda para vc, vT1 y vTA. Ahora el voltaje de carga vo = Vs – vc = Vs – voltaje ab en t4. En t5, vc = Vs, por lo tanto, el voltaje de carga se reduce a cero en este momento. Durante el intervalo de tiempo (t5-t4), vc aumenta linealmente, por lo que la tensión de carga vo disminuye linealmente hasta cero durante este intervalo de tiempo.

Modo-5:

En t5, el capacitor en realidad está sobrecargado a un voltaje algo mayor que el voltaje de la fuente Vs. Por lo tanto, el diodo de rueda libre FD se polariza directamente y comienza a conducir la corriente de carga Io en t5. El voltaje de carga se reduce a cero en t5 como se explica en el Modo 4. A continuación se muestra el funcionamiento en modo 5 del interruptor conmutado actual.

Como ic no es cero en t5, el capacitor C todavía está conectado a la carga a través de Vs, C, L y D2. Como consecuencia, C se sobrecarga por la transferencia de energía de L a C. En t6, la corriente del capacitor se vuelve cero y el voltaje a través de él se vuelve mayor que el voltaje de la fuente.

Durante (t6-t5), la corriente del condensador y la corriente a través del diodo de rueda libre alimentan la carga, es decir, ic+ifd = Io. A partir de t5, io rueda libre por FD. Como ic es cero y D2 está en circuito abierto, C ahora se descarga a través de RC durante el intervalo de giro libre del helicóptero. Después de t5, vT1 permanece constante en Vs, porque Vs llega al terminal T1 a través de FD. En t=T, el SCR principal se activa nuevamente y el Modo-1 al Modo-5 se repite nuevamente.

Formas de onda del interruptor conmutado actual:

A continuación se muestran varias formas de onda para el interruptor conmutado actual.

Ventajas del interruptor conmutado actual:

Las siguientes son las ventajas del interruptor conmutado actual:

• La conmutación es confiable siempre que la corriente de carga sea menor que la corriente máxima de conmutación.
• El condensador siempre se carga con la polaridad correcta.
• El tiristor auxiliar se conmuta naturalmente cuando su corriente de conmutación pasa por el valor cero en el circuito oscilatorio formado por L y C.

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