Bezkontaktní spínací přístroje Důvody použití bezkontaktních spínačů Pozitiva Potřeba častého a přesně časově synchronizovaného spínání, které není klasickými kontaktními přístroji dosažitelné Potlačení spínacích emisí (ionizované plyny produkované elektrickým obloukem Dosažení vysoké elektrické trvanlivosti spínacích přístrojů Negativa Vyšší výkonové ztráty polovodičových spínacích elementů v porovnání s kontaktními přístroji
Polovodičové spínací přístroje a jejich komponenty GTO tyristor Tyristorová struktura zapínaná a vypínaná v obvodu řídicí elektrody. Proudové zesílení Pro zapnutí cca 100x 1000x, pro vypnutí 3x 5x. Z toho plynou značné nároky na Výkon řídicího obvodu
Plně řízené spínací elementy řízené elektrickým polem použitelné pro bezkontaktní spínače Tranzistory řízené elektrickým polem MOS FET J-FET Elementy IGBT Kombinace struktury MOS tranzistoru a bipolárního tranzistoru Elementy IGCT Integrovaná struktura GTO tyristoru a řídicího obvodu (Integrated gate commutated thyristor)
Fyzikální podstata polovodičových spínačů Proudová hustota v polovodičové struktuře Hustota elektrického proudu elektronů Unášivá složka vyvolaná elektrickým polem Difúzní tok vyvolaný gradientem koncentrace elektronů Analogický vztah platí i pro hustotu proudu děr
Voltampérová charakteristika a struktura tyristoru Blokovací oblast Závěrná oblast
Struktura a voltampérová charakteristika triaku
Náhradní schéma a mezní pracovní body V-A charakteristik tyristorového spínače
Výkonové ztráty bezkontaktních spínačů
Časový průběh výkonových ztrát na polovodičovém spínači při přechodu z vypnutého do zapnutého stavu a zpět
Výkonové ztráty na tyristoru Výkonové ztráty na tyristoru při přesnější aproximaci voltampérové charakteristiky
Rozdělení bezkontaktních spínačů dle způsobu zapínání Zapínání v nule napětí (ve střídavých obvodech), tzv. zero switch on k zapnutí obvodu dojde v okamžiku průchodu napájecího napětí nulou. Je vhodné pro spínání zátěží odporového charakteru (topné spirály, žárovková svítidla). Nevzniká rušivý přechodný děj v důsledku skokové změny proudu. Nevyžaduje přídavné odrušovací prostředky.
Zapínání v maximu napájecího napětí -maximum switch on Vhodné pro spínání Zátěží induktivního charakteru kvůli potlačení proudového nárazu (minimalizuje se přechodný proudový zapínací děj
Okamžité spínání -instant switch on je vhodné pro spínání motorů, kde není potřeba fázového řízení
Přechodné fázové řízení -požití pro měkký rozběh motorů -(soft start)
Stejnosměrné spínání (DCS) spínací prvek pro spínání odporové a indukční zátěže, např. ss motorů a žárovek Reakční doba kratší než 100 ms.
Historický vývoj bezkontaktních spínačů 1. Generace 1960 až polovina 70. let 20. stol. Typické parametry BS 1 10 A, použity tyristory či triaky + diskrétní součástky Zapínání asynchronní, často s fázovým řízením Galvanické oddělní řídicího obvodu: transformátor či kontakt relé (ČKD Noconta) 2. Generace - cca 1973 1982 Typické parametry BS 10-100 A, použity tyristory bezpotenciálové provedení výkonových modulů integrovaná funkce spínání v nule méně časté fázové řízení (větší výkony rušení) optoelektronická vazba mezi řídicím vstupem a říd. elektrodou řídicí obvody osazovány diskr. součástkami + int. obvody Představitelé: bezpotenciálové moduly ČKD (ČKD Noreg)
3. Generace 1980 až 90 Typické parametry BS 100 1000 A, použity tyristory, GTO tyristory Zmenšování rozměrů integrace, monolitické či hybridní moduly Ochrana proti přepětí varistory Nadproudé jištění: levné tavné pojistky Kompatibilita s mikropočítačovými řídicími systémy Řízení:- zapínání v nule nebo maximu napětí, přechodné fázové řízení (softstart) 4. Generace - konec 80.let doposud smart modules inteligentní spínací moduly vyrobené hybridní technologií, Komprimované úrovňově a galvanicky oddělené budiče se zabudovanou pomocnou řídicí, ochrannou a diagnostickou logikou.