Универсальность применения в многообразие вариантов исполнения полупроводниковых и комбинированных аппаратов позволяет произвести их классификацию по принципу действия.

Аппараты с естественной коммутацией предназначены для работы в сетях переменного тока. Отключение их осуществляется за счет изменения полярности напряжения источника питания, в результате чего к тиристорам прикладывается обратное напряжение и они включаются. При этом не требуется каких-либо дополнительных схемных или других решений, кроме необходимости блокировать поступление управляющих сигналов на входы тиристоров. Принцип естественной коммутации используется во всех полупроводниковых и комбинированных аппаратах переменного тока: контакторах, пускателях, переключателях, выключателях нагрузки и выключателях при оперативном отключении номинальных токов.

Процесс отключения аппаратов с искусственной коммутацией тоже связан с изменением знака напряжения на СПП и поддержанием сигнала обратного смещения на время, достаточное для их выключения.

Но в данном случае это достигается вспомогательными схемными средствами, с помощью которых обеспечивается снижение вводного тока в СПП до нуля. В сильноточных аппаратах применяется в основном емкостная искусственная коммутация в различных вариантах.

Все реализующие этот способ схемы содержат конденсатор, ток разрядки которого протекает в процессе отключения аппарата встречно анодному коммутируемому току в тиристорах. В группу аппаратов, где используется искусственная коммутация, входят все аппараты постоянного тока и защитные полупроводниковые аппараты переменного тока (выключатели низкого и высокого напряжения, аппараты устройств автоматического включения резерва – АВР).

Особенность комбинированных аппаратов состоит в том, что процесс отключения их протекает в два этапа. В течение первого этапа за счет схемных средств или воздействия на электрическую дугу осуществляется принудительный переход тока из контактной цепи в параллельно соединенную с ней полупроводниковую цепь. На втором этапе происходит прерывание тока полупроводниковой частью аппарата с использованием, как правило, принципа естественной коммутации.

По аналогии с электромеханическими аппаратами комбинированные аппараты разделяются на синхронные и несинхронные, в зависимости от режима размыкания контактной цепи: в определенном интервале времени перед нулем тока или в любой момент времени.

К группе аппаратов с фазовым регулированием относятся аппараты переменного тока с естественной и искусственной коммутацией, выполняющие дополнительно функцию регулирования выходной мощности. Силовые части аппаратов с фазовым регулированием и без регулирования не имеют различий. Режим регулирования обеспечивается системой управления, с помощью которой осуществляется задержка включения тиристоров на заданный угол по отношению к нулю тока.

В приведенной классификации не выделены в отдельную группу полупроводниковые аппараты на запираемых тиристорах. По характеру протекающих процессов, при отключении, они аналогичны электронным аппаратам с искусственной коммутацией, поэтому их следует рассматривать в составе этой группы, хотя внешний коммутирующий контур значительно меньшей мощности воздействует на анодную цепь тиристоров не непосредственно, а через управляющую цепь.

Представленная классификационная схема раскрывает возможность создания одинаковых по назначению аппаратов с использованием различных принципов действия. Например, контакторы или пускатели, в зависимости от конкретных условий работы и требований к характеристикам, могут быть выполнены как комбинированные аппараты, тиристорные (полупроводниковые) аппараты с естественной коммутацией, тиристорные аппараты с естественной коммутацией и фазовым регулированием.

Требования, предъявляемые к электронным аппаратам

Несмотря на ряд принципиальных особенностей, полупроводниковые и комбинированные аппараты являются одним из видов электрических аппаратов и поэтому должны удовлетворять всем требованиям, которые к ним предъявляются. Конкретные требования определяются функциональным назначением аппаратов и условиями их эксплуатации.

Все без исключения аппараты должны иметь по возможности малые габариты, массу и стоимость. Они должны также обладать высокой надежностью и не требовать больших затрат на обслуживание в процессе эксплуатации.

Вместе с тем чувствительность полупроводниковых аппаратов даже к кратковременным перегрузкам по току и напряжению, особенности управления силовыми блоками и их охлаждение обязывают учитывать при проектировании ряд специфических требований.

К наиболее важным из них относятся следующие: обеспечение быстродействующей защиты СПП от перенапряжений, токов перегрузки и короткого замыкания; ограничение до допустимых значений скорости нарастания прямого напряжения; ограничение скорости нарастания тока при включении СПП; обеспечение оптимальных параметров управляющих импульсов; обеспечение оптимальных условий охлаждения полупроводниковых приборов.

Выполнение перечисленных требований позволяет реализовать те преимущества полупроводниковых и комбинированных аппаратов, которые были рассмотрены, и обеспечить высокий уровень надежности их при общем сроке службы более 10 лет. При этом коммутационный ресурс может быть доведен до 10 млн циклов и более.