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El Tiristor y su Protección

Hay diferentes tipos de esquemas de protección del tiristor disponible para una operación satisfactoria del dispositivo

La protección de un dispositivo es un aspecto importante para su funcionamiento fiable y eficiente.

Los rectificadores controlados por silicio (SCR) son un dispositivo semiconductor muy delicado. Entonces tenemos que usarlo en sus clasificaciones especificadas para obtener el resultado deseado.

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El SCR puede enfrentar diferentes tipos de amenazas durante su funcionamiento debido a sobretensiones, sobrecorrientes, etc.

Hay diferentes tipos de esquemas de protección de tiristores disponibles para una operación satisfactoria del dispositivo como:

Proteccion al sobrevoltaje.

Protección contra la sobretensión.

Alta protección dv/dt.

Alta protección di/dt.

Protección térmica.

Proteccion al sobrevoltaje

Es el esquema de protección más importante w. R. t. otros como los tiristores son muy sensibles a las sobretensiones.

Las fallas de tiristor de tiempo máximo ocurren debido a transitorios de sobrevoltaje.

Un tiristor puede estar sujeto a sobretensiones internas o externas.

Sobretensiones internas: después de la conmutación de un tiristor, la corriente de recuperación inversa decae abruptamente con di/dt alto, lo que provoca una tensión inversa alta [como, V = L(di/dt), por lo que si di/dt es alta, V será grande] que puede exceder el voltaje de ruptura nominal y el dispositivo puede dañarse.

Sobretensiones externas: se deben a varias razones en la línea de suministro, como rayos, sobretensiones (picos de tensión anormales), etc.

Las sobretensiones externas pueden causar diferentes tipos de problemas en el funcionamiento de los tiristores, como aumento de la corriente de fuga, ruptura permanente de las uniones. , encendido no deseado de dispositivos, etc. Por lo tanto, tenemos que suprimir las sobretensiones.

Medida de protección: el efecto de las sobretensiones se puede minimizar mediante el uso de resistencias no lineales denominadas dispositivos de fijación de tensión, como los varistores de óxido metálico. En el momento de funcionamiento normal, ofrece alta impedancia y actúa como si no estuviera presente en el circuito. Pero cuando el voltaje excede el voltaje nominal, sirve como una ruta de baja impedancia para proteger el SCR.

Protección contra la sobretensión

La sobrecorriente ocurre principalmente debido a diferentes tipos de fallas en el circuito. Debido a la sobrecorriente, la pérdida de i2R aumentará y puede tener lugar una alta generación de calor que puede exceder el límite permisible y quemar el dispositivo.

Medida de protección: El SCR se puede proteger contra sobrecorriente mediante el uso de un disyuntor (CB) y fusibles limitadores de corriente de acción rápida (FACLF). Los interruptores automáticos se utilizan para la protección del tiristor contra sobrecargas continuas o contra sobrecorrientes de larga duración, ya que un interruptor automático tiene un tiempo de disparo prolongado. Pero los fusibles de acción rápida se utilizan para proteger a los SCR contra corrientes transitorias elevadas de muy corta duración.

Alta protección dv/dt

Cuando un tiristor está en estado de bloqueo directo, solo la unión J2 tiene polarización inversa, lo que actúa como un condensador que tiene un valor de capacitancia constante Cj (capacitancia de unión). Como sabemos que la corriente a través del capacitor sigue la relación

Por lo tanto, la corriente de fuga a través de la unión J2, que no es más que la corriente de fuga a través del dispositivo, aumentará con el aumento de dva/dt, es decir, la tasa de cambio del voltaje aplicado a través del tiristor. Esta corriente puede encender el dispositivo incluso cuando la señal de puerta está ausente. Esto se denomina activación dv/dt y debe evitarse, lo que se puede lograr utilizando un circuito Snubber en paralelo con el dispositivo.

Medida de protección:

Circuito amortiguador: consiste en un capacitor conectado en serie con una resistencia que se aplica en paralelo con el tiristor, cuando S se cierra, se aplica voltaje Vs a través del dispositivo y Cs repentinamente. Al principio, el circuito Snubber se comporta como un cortocircuito. Por lo tanto, el voltaje a través del dispositivo es cero. Gradualmente, el voltaje a través de Cs se acumula a un ritmo lento. Entonces dv/dt a través del tiristor permanecerá en el rango permitido.

Antes de encenderse, el tiristor Cs está completamente cargado y después de encenderse, se descarga a través del SCR. Esta corriente de descarga se puede limitar con la ayuda de una resistencia (Rs) conectada en serie con el condensador (Cs) para mantener el valor de la corriente y la tasa de cambio de la corriente en un límite seguro.

Alta protección di/dt

Cuando un tiristor se enciende mediante un pulso de puerta, los portadores de carga se propagan rápidamente a través de su unión. Pero si la tasa de aumento de la corriente del ánodo, es decir, di/dt, es mayor que la dispersión de los portadores de carga, se producirá una generación de calor localizada, lo que se conoce como puntos calientes locales. Esto puede dañar el tiristor.

Medida de protección: para evitar puntos calientes locales, utilizamos un inductor en serie con el dispositivo, ya que evita una alta tasa de cambio de corriente a través de él.

Protección de alta temperatura

Con el aumento de la temperatura de la unión, el aislamiento puede fallar. Así que tenemos que tomar las medidas adecuadas para limitar el aumento de temperatura.

Medida de protección: podemos lograr esto montando el tiristor en un disipador de calor que está hecho principalmente de metales de alta conductividad térmica como aluminio (Al), cobre (Cu), etc. Se utiliza principalmente aluminio (Al) debido a su bajo costo. Existen varios tipos de técnicas de montaje para SCR, como: montaje con plomo, montaje con espárrago, montaje con pernos, montaje con ajuste a presión, montaje con paquete a presión, etc.

Protección de puerta de tiristor

Al igual que un tiristor, el circuito de puerta también debe protegerse contra sobretensiones y sobrecorrientes. Los sobrevoltajes en el circuito de la compuerta pueden causar disparos falsos y la sobrecorriente puede causar una temperatura alta en la unión.

Medida de protección: La protección contra sobretensiones del tiristor se logra mediante el uso de un diodo zener y se puede usar una resistencia para proteger el circuito de la puerta de sobrecorriente. El ruido en el circuito de la compuerta también puede causar disparos falsos que se pueden evitar usando una resistencia y un capacitor en paralelo. Se puede conectar un diodo (D) en serie o en paralelo con la puerta para protegerla del alto voltaje inverso.

Protección general de un tiristor

Montaje de plomo: en dicha técnica de montaje, la carcasa del propio SCR se utiliza como radiador de calor. Por lo tanto, no hay necesidad de una disposición adicional de zincado térmico. Por lo tanto, esta técnica de protección de tiristores se usa generalmente para aplicaciones de baja corriente, normalmente menos de un amperio.

Montaje con espárrago: el ánodo del tiristor tiene forma de espárrago roscado que se atornilla a un bloque disipador de calor metálico.

Montaje atornillado: aquí el dispositivo está conectado al disipador de calor con la ayuda de un mecanismo de perno y tuerca. Se utiliza principalmente en circuitos de calificación pequeña y mediana.

Montaje a presión: Este tipo de montaje se obtiene insertando todo el SCR en el bloque metálico. Se utiliza en circuito de alta calificación.

Montaje Press-Pack: este tipo de montaje para protección de tiristores se obtiene intercalando el tiristor entre el disipador de calor con la ayuda de abrazaderas. Se utiliza para circuito de clasificación muy alta.

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