Explicaci贸n del interruptor conmutado actual

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

Índice de contenidos

Diagrama de circuito:

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

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Diagrama de circuito

FD es el diodo de rueda libre y RC es la resistencia de carga. Para simplificar el an谩lisis, 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 conmutaci贸n.
  • Las corrientes ic, iT1, ifd e io se tratan como positivas cuando est谩n 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 t茅cnica de conmutaci贸n actual del tiristor. La energ铆a requerida para la conmutaci贸n 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 conmutaci贸n 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 comprensi贸n.

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 est谩 directamente conectada a la fuente a trav茅s de T1. El diagrama de circuito equivalente para el Modo-1 se muestra a continuaci贸n.

modo-1-operaci贸n

Para iniciar la conmutaci贸n 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 trav茅s de este circuito oscilatorio var铆an sinusoidalmente.

La magnitud de la corriente oscilatoria se da como

f贸rmula para corriente en circuito oscilatorio

Durante el intervalo de tiempo (t2-t1), ic y vc var铆an sinusoidalmente durante medio ciclo (consulte la secci贸n de forma de onda). En este modo, la corriente a trav茅s del circuito oscilatorio es m谩xima cuando el voltaje a trav茅s del capacitor se reduce a cero. En t2, la corriente a trav茅s 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 est谩 cargada positivamente, mientras que la placa superior est谩 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 seguir谩n siendo Io y Vo respectivamente.

Modo-2:

Cuando TA se apaga en t2, la corriente oscilatoria comienza a fluir a trav茅s de C, L, D2 y T1. Consulte el diagrama de circuito equivalente para este modo que se muestra a continuaci贸n.

funcionamiento en modo 2

Cabe se帽alar que la corriente fluir谩 a trav茅s de T1, no a trav茅s de D1. Esto se debe a que D1 est谩 polarizado inversamente por una peque帽a ca铆da de voltaje en el tiristor conductor T1. Por lo tanto, despu茅s de t2, ic pasar铆a por T1 y no por D1.

En el tiristor T1, ic se opone a la corriente de carga io de modo que iT1 = (Io 鈥 ic). En alg煤n momento t3, cuando ic sube a Io, la corriente a trav茅s del tiristor principal se reducir谩 a cero y, por lo tanto, se conmutar谩, es decir, se apagar谩 en t = t3. Dado que la corriente oscilatoria a trav茅s de T1 lo apaga, se llama interruptor de corriente conmutada.

Durante este modo, el voltaje de carga permanece Vs a trav茅s de T1. Para este modo, t2

Modo-3:

Como T1 se apaga en t=t3, ic se vuelve m谩s que Io. Despu茅s de t3, ic suministra corriente de carga Io y el exceso de corriente (ic 鈥 Io) se conduce a trav茅s de D1. Este modo de operaci贸n se representa en la siguiente figura.

El principio de funcionamiento del interruptor conmutado actual se divide en cinco modos para una mejor comprensi贸n.  Esta figura explica el funcionamiento del modo 3.

La ca铆da 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 conducci贸n; de lo contrario, seguir铆a el Modo-4. Durante el Modo 3, cuando ic est谩 en su valor m谩ximo, el voltaje a trav茅s del capacitor se vuelve igual a cero. Despu茅s 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. Despu茅s de t4, una corriente de carga constante Io comienza a fluir a trav茅s del capacitor C, L y D2. Dado que la corriente a trav茅s del capacitor es constante, comienza a cargarse linealmente hasta que el voltaje a trav茅s de 茅l se vuelve igual al voltaje de la fuente Vs. Tenga en cuenta que la corriente es constante (igual a Io) durante este per铆odo, es decir, (t5-t4).

A continuaci贸n se muestra el diagrama de circuito equivalente para la operaci贸n en Modo 4 del interruptor conmutado actual.

El principio de funcionamiento del interruptor conmutado actual se divide en cinco modos para una mejor comprensi贸n.  Esta figura explica la operaci贸n del modo 4.

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 鈥 vc = Vs 鈥 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 tensi贸n de carga vo disminuye linealmente hasta cero durante este intervalo de tiempo.

Modo-5:

En t5, el capacitor en realidad est谩 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 continuaci贸n se muestra el funcionamiento en modo 5 del interruptor conmutado actual.

El principio de funcionamiento del interruptor conmutado actual se divide en cinco modos para una mejor comprensi贸n.  Esta figura explica la operaci贸n del modo 5.

Como ic no es cero en t5, el capacitor C todav铆a est谩 conectado a la carga a trav茅s de Vs, C, L y D2. Como consecuencia, C se sobrecarga por la transferencia de energ铆a de L a C. En t6, la corriente del capacitor se vuelve cero y el voltaje a trav茅s de 茅l se vuelve mayor que el voltaje de la fuente.

Durante (t6-t5), la corriente del condensador y la corriente a trav茅s 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 est谩 en circuito abierto, C ahora se descarga a trav茅s de RC durante el intervalo de giro libre del helic贸ptero. Despu茅s de t5, vT1 permanece constante en Vs, porque Vs llega al terminal T1 a trav茅s 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 continuaci贸n se muestran varias formas de onda para el interruptor conmutado actual.

Chopper de formas de onda de corriente conmutada

Ventajas del interruptor conmutado actual:

Las siguientes son las ventajas del interruptor conmutado actual:

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

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