схема включения и способы управления. Что такое тиристор? Подробное описание полупроводника

Появление четырехслойных p-n-p-n полупроводниковых элементов совершило настоящий прорыв в силовой электронике. Такие устройства получили название «тиристоров». Кремниевые управляемые вентили являются наиболее распространенным семейством тиристоров.

Данный вид полупроводниковых приборов имеет следующую структуру:

Как видим из структурной схемы тиристор имеет три вывода – катод, управляющий электрод и анод. Подключению к силовым цепям подлежат анод и катод, а управляющий электрод подключается к системе управления (слаботочные сети) для управляемого открытия тиристора.

На принципиальных схемах тиристор имеет такое обозначение:

Вольт-амперная характеристика показана ниже:

Давайте подробнее рассмотрим эту характеристику.

Обратная ветвь характеристики

В третьем квадранте характеристики диодов и тиристоров равны. Если к аноду приложить отрицательный потенциал относительно катода, то к J 1 и J 3 прикладывается обратное напряжение, а к J 2 — прямое, что вызовет протекание тока обратного (он очень мал, как правило несколько миллиампер).

Когда же это напряжение увеличится до так называемого напряжения пробоя, произойдет лавинное нарастание тока между J 1 и J 3 . При этом, если данный ток не будет ограничен, то произойдет пробой перехода с последующим выходом из строя тиристора. При обратных же напряжениях, которые не превышают напряжения пробоя, тиристор будет вести себя как резистор с большим сопротивлением.

Зона низкой проводимости

В данной зоне все наоборот. Потенциал катода будет отрицательный по отношению к потенциалу анода. Поэтому к J 1 и J 3 будет приложено прямое, а к J 2 – обратное напряжение. Результатом чего станет весьма малый анодный ток.

Зона высокой проводимости

Если напряжение на участке анод – катод достигнет значения, так называемого напряжением переключения, то произойдет лавинный пробой перехода J 2 и тиристор будет переведен в состояние высокой проводимости. При этом U a снизится от нескольких сотен до 1 — 2 вольт. Оно будет зависеть от типа тиристора. В зоне высокой проводимости ток, протекающий через анод, будет зависеть от нагрузки внешней элемента, что дает возможность рассматривать его в этой зоне как замкнутый ключ.

Если пропустить ток через управляющий электрод, то напряжение включения тиристора уменьшится. Оно напрямую зависит от тока управляющего электрода и при достаточно большом его значении практически равно нулю. При выборе тиристора для работы в схеме, то его подбирают таким образом, чтоб напряжения обратное и прямое не превышали паспортных значений напряжений пробоя и переключения. Если эти условия выполнить трудно, или имеется большой разброс в параметрах элементов (например необходим тиристор на 6300 В, а его ближайшие значения 1200 В), то иногда применяют или включение элементов.

В нужный момент времени с помощью подачи импульса на управляющий электрод можно перевести тиристор с закрытого состояния в зону высокой проводимости. Ток УЭ, как правило, должен быть выше минимального тока открытия и он составляет порядка 20-200 мА.

Когда анодный ток достигнет определенного значения, при котором запирания тиристора невозможно (ток переключения), управляющий импульс может быть снят. Теперь тиристор сможет перейти обратно в закрытое состояние только при уменьшении тока ниже, чем ток удержания, или прикладыванием к нему напряжения обратной полярности.

Видео работы и графики переходных процессов

1.1 Определение, виды тиристоров

1.2 Принцип действия

1.3 Параметры тиристоров

Глава 2. Применение тиристоров в регуляторах мощности

2.1 Общие сведения о различных регуляторах

2.2 Процесс управления напряжением при помощи тиристора

2.3 Управляемый выпрямитель на тиристоре

Глава 3. Практические разработки регуляторов мощности на тиристорах

3.1 Регулятор напряжения на тиристоре КУ201К

3.2 Мощный управляемый выпрямитель на тиристорах

Заключение

Литература

Введение

В данной работе рассмотрены несколько вариантов устройств, где используются элементы тиристоры в качестве регуляторов напряжения и в качестве выпрямителей. Приведены теоретическое и практическое описания принципа действия тиристоров и устройств, схемы этих устройств.

Управляемый выпрямитель на тиристорах — элементах, обладающих большим коэффициентом усиления по мощности, позволяет получать большие токи в нагрузке при незначительной мощности, затрачиваемой в цепи управления тиристора.

В данной работе рассмотрены два варианта таких выпрямителей, которые обеспечивают максимальный ток в нагрузке до 6 А с пределом регулировки напряжения от 0 до 15 В и от 0,5 до 15 В и устройство для регулировки напряжения на нагрузке активного и индуктивного характера, питаемой от сети переменного тока напряжением 127 и 220 В с пределами регулировки от 0 до номинального напряжения сети.

Глава 1. Понятие о тиристоре. Виды тиристоров. Принцип действия

1.1 Определение, виды тиристоров

Тиристором называют полупроводниковый прибор, основу которого составляет четырехслойная структура, способная переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот. Тиристоры предназначены для ключевого управления электрическими сигналами в режиме открыт — закрыт (управляемый диод).

Простейшим тиристором является динистор – неуправляемый переключающий диод, представляющий собой четырехслойную структуру типа p-n-p-n (рис. 1.1.2). Здесь, как и у других типов тиристоров, крайние n-p-n-переходы называются эмиттерными, а средний p-n-переход – коллекторным. Внутренние области структуры, лежащие между переходами, называются базами. Электрод, обеспечивающий электрическую связь с внешней n-областью, называется катодом, а с внешней p-областью – анодом.

В отличие от несимметричных тиристоров (динисторов, тринисторов) в симметричных тиристорах обратная ветвь ВАХ имеет вид прямой ветви. Это достигается встречно-параллельным включением двух одинаковых четырехслойных структур или применением пятислойных структур с четырьмя p-n-переходами (симисторы).

Рис. 1.1.1 Обозначения на схемах: а) симистора б) динистора в) тринистора.

Рис. 1.1.2 Структура динистора.

Рис. 1.1.3 Структура тринистора.

1.2 Принцип действия

При включении динистора по схеме, приведенной на рис. 1.2.1, коллекторный p-n-переход закрыт, а эмиттерные переходы открыты. Сопротивления открытых переходов малы, поэтому почти все напряжение источника питания приложено к коллекторному переходу, имеющему высокое сопротивление. В этом случае через тиристор протекает малый ток (участок 1 на рис. 1.2.3).

Рис. 1.2.1. Схема включения в цепь неуправляемого тиристора (динистора).

Рис. 1.2.2. Схема включения в цепь управляемого тиристора (тринистора).

Рис.1.2.3. Вольтамперная характеристика динистора.

Рис.1.2.4. Вольтамперная характеристика тиристора.

Если увеличивать напряжение источника питания, ток тиристора увеличивается незначительно, пока это напряжение не приблизится к некоторому критическому значению, равному напряжению включения Uвкл. При напряжении Uвкл в динисторе создаются условия для лавинного размножения носителей заряда в области коллекторного перехода. Происходит обратимый электрический пробой коллекторного перехода (участок 2 на рис. 1.2.3). В n-области коллекторного перехода образуется избыточная концентрация электронов, а в p-области — избыточная концентрация дырок.

С увеличением этих концентраций снижаются потенциальные барьеры всех переходов динистора. Возрастает инжекция носителей через эмиттерные переходы. Процесс носит лавинообразный характер и сопровождается переключением коллекторного перехода в открытое состояние. Рост тока происходит одновременно с уменьшением сопротивлений всех областей прибора. Поэтому увеличение тока через прибор сопровождается уменьшением напряжения между анодом и катодом. На ВАХ этот участок обозначен цифрой 3. Здесь прибор обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. Напряжение на резисторе возрастает и происходит переключение динистора.

После перехода коллекторного перехода в открытое состояние ВАХ имеет вид, соответствующий прямой ветви диода (участок 4). После переключения напряжение на динисторе снижается до 1 В. Если и дальше увеличивать напряжение источника питания или уменьшать сопротивление резистора R, то будет наблюдаться рост выходного тока, как в обычной схеме с диодом при прямом включении.

При уменьшении напряжения источника питания восстанавливается высокое сопротивление коллекторного перехода. Время восстановления сопротивления этого перехода может составлять десятки микросекунд.

Напряжение Uвкл при котором начинается лавинообразное нарастание тока, может быть снижено введением не основных носителей заряда в любой из слоев, прилегающих к коллекторному переходу. Дополнительные носители заряда вводятся в тиристоре вспомогательным электродом, питаемым от независимого источника управляющего напряжения (Uупр). Тиристор со вспомогательным управляющим электродом называется триодным, или тринисторным. На практике при использовании термина «тиристор» подразумевается именно элемент. Схема включения такого тиристора показана на рис. 1.2.2. Возможность снижения напряжения U при росте тока управления, показывает семейство ВАХ (рис. 1.2.4).

Если к тиристору приложить напряжение питания, противоположной полярности (рис. 1.2.4), то эмиттерные переходы окажутся закрытыми. В этом случае ВАХ тиристора напоминает обратную ветвь характеристики обычного диода. При очень больших обратных напряжениях наблюдается необратимый пробой тиристора.

Чтобы понять как работает схема, необходимо знать действие и назначение каждого из элементов. В этой статье рассмотрим принцип работы тиристора, разные виды и режимы работы, характеристики и виды. Постараемся объяснить все максимально доступно, чтобы было понятно даже для начинающих.

Тиристор — полупроводниковый элемент, имеющий только два состояния: «открыто» (ток проходит) и «закрыто» (тока нет). Причем оба состояния устойчивые, то есть переход происходит только при определенных условиях. Само переключение происходит очень быстро, хоть и не мгновенно.

По способу действия его можно сравнить с переключателем или ключом. Вот только переключается тиристор при помощи напряжения, а отключается пропаданием тока или снятием нагрузки. Так что принцип работы тиристора понять несложно. Можно представлять его как ключ с электрическим управлением. Так, да не совсем.

Тиристор, как правило, имеет три выхода. Один управляющий и два, через которые протекает ток. Можно попробовать коротко описать принцип работы. При подаче напряжения на управляющий выход, коммутируется цепь через анод-коллектор. То есть, он сравним с транзистором. Только с той разницей, что у транзистора величина пропускаемого тока зависит от поданного на управляющий вывод напряжения. А тиристор либо полностью открыт, либо полностью закрыт.

Внешний вид

Внешний вид тиристора зависит от даты его производства. Элементы времен Советского Союза — металлические, в виде «летающей тарелки» с тремя выводами. Два вывода — катод и управляющий электрод — находятся на «дне» или «крышке» (это с какой стороны смотреть). Причем электрод управления меньше по размерам. Анод может находиться с противоположной стороны от катода, или торчать вбок из-под шайбы, которая есть на корпусе.

Два вида тиристоров — современные и советские, обозначение на схемах

Современные тиристоры выглядят по-другому. Это небольшой пластиковый прямоугольник с металлической пластиной сверху и тремя выводами-ножками снизу. В современном варианте есть одно неудобство: надо смотреть в описании какой из выводов анод, где катод и управляющий электрод. Как правило, первый — анод, затем катод и крайний правый — это электрод. Но это как правило, то есть, не всегда.

Принцип работы

По принципу действия, тиристор можно еще сравнить с диодом. Пропускать ток он будет в одном направлении — от анода к катоду, но происходить это будет только в состоянии «открыто». На схемах тиристор похож на диод. Также имеется анод и катод, но есть еще дополнительный элемент — управляющий электрод. Понятное дело, есть отличия и в выходном напряжении (если сравнивать с диодом).

В схемах переменного напряжения тиристор будет пропускать только одну полуволну — верхнюю. Когда приходит нижняя полуволна, он сбрасывается в состояние «закрыто».

Принцип работы тиристора простыми словами

Рассмотрим принцип работы тиристора. Стартовое состояние элемента — закрыто. «Сигналом» к переходу в состояние «открыто» является появление напряжения между анодом и управляющим выводом. Вернуть тиристор в состояние «закрыто» можно двумя способами:

• снять нагрузку;
• уменьшить ток ниже тока удержания (одна из технических характеристик).

В схемах с переменным напряжением, как правило, сбрасывается тиристор по второму варианту. Переменный ток в бытовой сети имеет синусоидальную форму, когда его значение приближается к нулю и происходит сброс. В схемах, питающихся от источников постоянного тока, надо либо принудительно убирать питание, либо снимать нагрузку.

То есть, работает тиристор в схемах с постоянным и переменным напряжением по-разному. В схеме постоянного напряжения, после кратковременного появления напряжения между анодом и управляющим выводом, элемент переходит в состояние «открыто». Далее может быть два варианта развития событий:

• Состояние «открыто» держится даже после того, как напряжение анод-выход управления пропало. Такое возможно если напряжение, поданное на анод-управляющий вывод, выше чем неотпирающее напряжение (эти данные есть в технических характеристиках). Прекращается прохождение тока через тиристор, фактически только разрывом цепи или выключением источника питания. Причем выключение/обрыв цепи могут быть очень кратковременными. После восстановления цепи, ток не течет до тех пор, пока на анод-управляющий вывод снова не подадут напряжение.
• После снятия напряжения (оно меньше чем отпирающее) тиристор сразу переходит в состояние «закрыто».

Так что в схемах постоянного тока есть два варианта использования тиристора — с удержанием открытого состояния и без. Но чаще применяют по первому типу — когда он остается открытым.

Принцип работы тиристора в схемах переменного напряжения отличается. Там возвращение в запертое состояние происходит «автоматически» — при падении силы тока ниже порога удержания. Если напряжение на анод-катод подавать постоянно, на выходе тиристора получаем импульсы тока, которые идут с определенной частотой. Именно так построены импульсные блоки питания. При помощи тиристора они преобразуют синусоиду в импульсы.

Проверка работоспособности

Проверить тиристор можно либо при помощи мультиметра, либо создав простенькую проверочную схему. Если при прозвонке иметь перед глазами технические характеристики, можно заодно проверить сопротивление переходов.

Прозвонка мультиметром

Для начала разберем прозвонку мультиметром. Переводим прибор в режим прозвонки.

Обратите внимание, что величина сопротивления у разных серий разная — на это не стоит обращать особого внимания. Если хотите проверить и сопротивление переходов, посмотрите в технических характеристиках.

На рисунке представлены схемы испытаний. Крайний справа рисунок — усовершенствованный вариант с кнопкой, которую устанавливают между катодом и управляющим выводом. Для того чтобы мультиметр зафиксировал протекающий по цепи ток, кратковременно нажимаем на кнопку.

При помощи лампочки и источника постоянного тока (батарейка тоже пойдет)

Если мультиметра нет, можно проверить тиристор при помощи лампочки и источника питания. Подойдет даже обычная батарейка или любой другой источник постоянного напряжения. Вот только напряжение должно быть достаточным для того, чтобы засветить лампочку. Потребуется еще сопротивление или обычный кусок проволоки. Из этих элементов собирается простая схема:

• Плюс от источника питания подаем на анод.
• К катоду подключаем лампочку, второй ее вывод подключаем к минусу источника питания. Лампочка не горит, так как термистор заперт.
• Кратковременно (при помощи куска проволоки или сопротивления) соединяем анод и управляющий вывод.
• Лампочка загорается и продолжает гореть, хотя перемычка убрана. Термистор остается в открытом состоянии.
• Если выкрутить лампочку или выключить источник питания, то лампочка, естественно, погаснет.
• Если восстановить цепь/питание, она не загорится.

Заодно с проверкой, эта схема позволяет понять принцип работы тиристора. Ведь картинка получается очень наглядной и понятной.

Виды тиристоров и их особые свойства

Полупроводниковые технологии все еще разрабатываются и совершенствуются. За несколько десятилетий появились новые разновидности тиристоров, которые имеют некоторые отличия.

• Динисторы или диодные тиристоры. Отличаются тем, что имеют только два вывода. Открываются подачей на анод и катод высокого напряжения в виде импульса. Называют еще «неуправляемые тиристоры».
• Тринисторы или триодные тиристоры. В них есть управляющий электрод, но управляющий импульс может подаваться:
  • На управляющий выход и катод. Название — с управлением катодом.
  • На управляющий электрод и анод. Соответственно — управление анодом.

Есть также разные виды тиристоров по способу запирания. В одном случае достаточно уменьшения анодного тока ниже уровня тока удержания. В другом случае — подается запирающее напряжение на управляющий электрод.

По проводимости

Мы говорили, что проводят тиристоры ток только в одном направлении. Обратной проводимости нет. Такие элементы называют обратно-непроводящие, но существуют не только такие. Есть и другие варианты:

• Имеют невысокое обратное напряжение, называются обратно-проводящие.
• С ненормируемой обратной проводимостью. Ставят в схемах, где обратное напряжение возникнуть не может.
• Симисторы. Симметричные тиристоры. Проводят ток в обоих направлениях.

Тиристоры могут работать в режиме ключа. То есть при поступлении импульса управления подавать ток на нагрузку. Нагрузка, в этом случае, рассчитывается исходя из напряжения в открытом виде. Надо также учитывать наибольшую рассеиваемую мощность. Вот в этом случае лучше выбирать металлические модели в виде «летающей тарелки». К ним удобно приделывать радиатор — для более быстрого охлаждения.

Классификация по особым режимам работы

Еще можно выделить следующие подвиды тиристоров:

• Запираемые и незапираемые. Принцип работы тиристора незапираемого немного другой. Он находится в открытом состоянии когда плюс приложен к аноду, минус — на катоде. Переходит в закрытое состоянии при смене полярности.
• Быстродействующие. Имеют малое время перехода из одного состояния в другое.
• Импульсные. Очень быстро переходит из одного состояние в другое, используется в схемах с импульсными режимами работы.

Основное назначение — включение и выключение мощной нагрузки при помощи маломощных управляющих сигналов

Основная область использования тиристоров — в качестве электронного ключа, служащего для замыкания и размыкания электрической цепи. В общем много привычных устройств построены на тиристорах. Например, гирлянда с бегущими огнями, выпрямители, импульсные источники тока, выпрямители и многие другие.

Характеристики и их значение

Некоторые тиристоры могут коммутировать очень большие токи, в этом случае их называют силовыми тиристорами. Они изготавливаются в металлическом корпусе — для лучшего отвода тепла. Небольшие модели с пластиковым корпусом — это обычно маломощные варианты, которые используют в малоточных схемах. Но, всегда есть исключения. Так что для каждой конкретной цели подбирают требуемый вариант. Подбирают, понятное дело, по параметрам. Вот основные:

Есть еще динамический параметр — время перехода из закрытого в открытое состояние. В некоторых схемах это важно. Может еще указываться тип быстродействия: по времени отпирания или по времени запирания.

Абсолютно любой тиристор может быть в двух устойчивых состояниях — закрыт или открыт

В закрытом состоянии он находится в состоянии низкой проводимости и ток почти не идет, в открытом, наоборот полупроводник будет находится в состоянии высокой проводимости, ток проходит через него фактически без сопротивления

Можно сказать, что тиристор это электрический силовой управляемый ключ. Но по сути управляющий сигнал может только открыть полупроводник. Чтобы запереть его обратно, требуется выполнить условия, направленные на снижение прямого тока почти до нуля.

Структурно тиристор представляет последовательность четырех, слоев p и n типа, образующих структуру р-n-р-n и соединенных последовательно.

Одна из крайних областей, на которую подключают положительный полюс питания называют анод , р – типа
Другая, к которой подсоединяют отрицательное полюс напряжения, называют катод , – n типа
Управляющий электрод подключен к внутренним слоям.

Для того чтоб разобраться с работой тиристора рассмотрим несколько случаев, первый: напряжение на управляющий электрод не подается , тиристор подсоединен по схеме динистора – положительное напряжение поступает на анод, а отрицательное на катод, смотри рисунок.

В этом случае коллекторный p-n-переход тиристора находится в закрытом состоянии, а эмиттерный – открыт. Открытые переходы имеют очень низкое сопротивление, поэтому почти все напряжение, следующее от источника питания, приложено к коллекторному переходу, из-за высокого сопротивления которого протекающий через полупроводниковый прибор ток имеет очень низкое значение.

На графике ВАХ это состояние актуально для участка отмеченного цифрой 1 .

При увеличении уровня напряжения, до определенного момента ток тиристора почти не растет. Но достигая условного критического уровня — напряжение включения U вкл , в динисторе появляются факторы, при которых в коллекторном переходе начинается резкий рост свободных носителей заряда, которое почти сразу же носит лавинный характер . В результате происходит обратимый электрический пробой (на представленном рисунке – точка 2). В p -области коллекторного перехода появляется избыточная зона накопленных положительных зарядов, в n -области, наоборот происходит накопление электронов. Рост концентрации свободных носителей заряда приводит к падению потенциального барьера на всех трех переходах , через эмиттерные переходы начинается инжекция носителей заряда. Лавинообразный характер еще сильнее увеличивается, и приводит к переключению коллекторного перехода в открытое состоянии. Одновременно увеличивается ток по всем областям полупроводника, в результате происходит падением напряжения между катодом и анодом, показанный на графике выше отрезком отмеченным цифрой три. В этот момент времени динистор обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. На сопротивлении R n растет напряжение и полупроводник переключается.

После открытия коллекторного перехода ВАХ динистора становится такой же, как на прямой ветви — отрезок №4. После переключения полупроводникового прибора, напряжение снижается до уровня одного вольта. В дальнейшем увеличение уровня напряжения или снижение сопротивления приведет к увеличению выходного тока, один в один, как и работе диода при его прямом включении. Если же уровень напряжение питания снизить, то высокое сопротивление коллекторного перехода, практически мгновенно восстанавливается, динистор закрывается, ток резко падает .

Напряжение включения U вкл , можно настраивать, внося в любой из промежуточных слоев, рядом с к коллекторным переходом, неосновные, для него носители заряда.

С этой целью используется специальный управляющий электрод , запитываемый от дополнительного источника, с которого следует управляющее напряжение – U упр . Как хорошо видно из графика – при росте U упр напряжение включения снижается.

Основные характеристики тиристоров

U вкл напряжение включения – при нем осуществляется переход тиристора в открытое состояние
U o6p.max – импульсное повторяющееся обратное напряжение при нем происходит электрический пробой p-n перехода. Для многих тиристоров будет верно выражение U o6p.max . = U вкл
I max — максимально допустимое значение тока
I ср — среднее значение тока за период U np — прямое падение напряжения при открытом тиристоре
I o6p.max — обратный максимальный ток начинающий течь при приложении U o6p.max , за счет перемещения неосновных носителей заряда
I удерж ток удержания – значение анодного тока, при котором осуществляется запирание тиристора
P max — максимальная рассеиваемая мощность
t откл — время отключения необходимое для запирания тиристора

Запираемые тиристоры — имеет классическую четырехслойную p-n-p-n структуру, но при этом обладает рядом конструктивных особенностей, дающих такую функциональную возможность, как полная управляемость. Благодаря такому воздействию от управляющего электрода, запираемые тиристоры могут переходить не только в открытое состояние из закрытого, но и из открытого в закрытое. Для этого на управляющий электрод поступает напряжение, противоположное тому, которое ранее открывает тиристор. Для запирания тиристора на управляющей электрод следует мощный, но короткий по длительности импульс отрицательного тока. При применении запираемых тиристоров следует помнить, что их предельные значения на 30% ниже, чем у обычных. В схемотехнике, запираемые тиристоры активно применяются в роли электронных ключей в преобразовательной и импульсной технике.

В отличие от своих четырехслойных родственников — тиристоров, они имеют пятислойную структуру.

Благодаря такой структуре полупроводника они имеют возможность пропускать ток в обоих направлениях – как от катода к аноду, так и от анода к катоду, а на управляющий электрод поступает напряжение обоих полярностей. Благодаря этому свойству вольт-амперная характеристика симистора имеет симметричный вид в обоих осях координат. Узнать о работе симистора вы можете из видеоурока, по ссылке ниже.

Принцип работы симистора

Если у стандартного тиристора имеются анод и катод то электроды симистора так описать нельзя т.к каждый уго электрод является и анодом и катодом одновременно. Поэтому симистор способен пропускать ток в обоих направлениях. Именно поэтому он отлично работает в цепях переменного тока.

Очень простой схемой, поясняющей принцип симистора является регулятор симисторный регулятор мощности.

После подачи напряжения на один из выводов симистора поступает переменное напряжение. На электрод, являющийся управляющим с диодного моста поступает отрицательное управляющее напряжение. При превышении порога включения симистор отпирается и ток поступает в подключенную нагрузку. В момент времени, когда на входе симистора меняется полярность напряжения он запирается. Затем алгоритм повторяется.

Чем выше уровень управляющего напряжения тем быстрее срабатывает симистор и длительность импульса на нагрузке увеличивается. При снижении уровня управляющего напряжения длительность импульсов на нагрузке также снижается. На выходе симисторного регулятора напряжение будет пилообразной формы с регулируемой длительностью импульса. Таким образом, регулируя управляющее напряжение мы можем изменять яркость лампочки накаливания или температуру жала паяльника подключенных в качестве нагрузки.

Итак симистор управляется как отрицательным так и положительным напряжением. Давайте выделим его минусы и плюсы.

Плюсы: низкая стоимость, большой срок службы, отсутствие контактов и, как следствие, отсутствие искрения и дребезга.
Минусы: достаточно чувствителен к перегреву и его обычно монтируют на радиаторе. Не работает на высоких частотах, так как не успевает переходить из открытого состояния в закрытое. Реагирует на внешниепомехи, вызывающие ложное срабатывание.

Следует также упомянуть о особенностях монтажа симисторов в современной электронной техники.

При малых нагрузках или если в ней протекают короткие импульсные токи, монтаж симисторов можно осуществлять без теплоотводящего радиатора. Во всех остальных случаях – его наличие строго обязательно.
К теплоотводу тиристор может фиксироваться крепежным зажимом или винтом
Для снижения вероятности ложного срабатывания из-за шумов, длина проводов должна быть минимальна. Для подсоединения рекомендуется использовать экранированный кабель или витую пару.

Или оптотиристоры специализированные полупроводники, конструктивной особенностью которого является наличие фотоэлемента, который является управляющим электродом.

Современной и перспективной разновидностью симистора являетсяо оптосимистор. Вместо управляющего электрода в корпусе имеется светодиод и управление происходит с помощью изменения напряжения питания на светодиоде. При попадании светового потока задонной мощности фотоэлемент переключает тиристор в открытое положение. Самой основной функцией в оптосимисторе является то, что между цепью управления и силовой имеется полная гальваническая развязка. Это создает просто отличный уровень и надежности конструкции.

Силовые ключи . Одним из главных моментов, влияющих на востребованность таких схем, служит низкая мощность, которую способен рассеять тиристор в схемах переключения. В запертом состоянии мощность практически не расходуется, т.к ток близок к нулевым значениям. А в открытом состоянии рассеиваемая мощность невелика благодаря низким значениям напряжения

Пороговые устройства – в них реализуется главное свойство тиристоров – открываться при достижении напряжением нужного уровня. Это используется в фазовых регуляторах мощности и релаксационных генераторах

Для прерывания и включения-выключения используются запирающие тиристоры. Правда, в данном случае схемам необходима определенная доработка.

Экспериментальные устройства – в них применяется свойство тиристора обладать отрицательным сопротивление, находясь в переходном режиме

Принцип работы и свойства динистора, схемы на динисторах

Динистор это разновидность полупроводниковых диодов относящихся к классу тиристоров. Динистор состоит из четырех областей различной проводимости и имеет три p-n перехода. В электроники он нашел довольно ограниченное применение, ходя его можно найти в конструкциях энергосберегающих ламп под цоколь E14 и E27, где он применяется в схемах запуска. Кроме того он попадается в пускорегулирующих аппаратах ламп дневного света.

В переключательных схемах часто используется тиристор, принцип работы которого напоминает электронный ключ. Он представляет собой полупроводниковый прибор, имеющий три или несколько взаимодействующих выпрямляющих переходов. Однако тиристор не способен перейти в состояние закрытого типа, поэтому его называют ключом, который является не полностью управляемым.

Устройство и виды полупроводниковых приборов

Прежде чем рассматривать принцип работы тиристоров в цепях, необходимо разобраться с тем, как они устроены, какие виды существуют. Состоят они из четырех последовательно соединенных слоев, которые имеют разный тип проводимости. С внешней стороны есть контакты — анод и катод. Приборы могут обладать двумя управляющими электродами, прикрепленными к внутренним слоям. Изменения состояния удается добиться за счет подачи сигнала непосредственно на проводник.

Различают два основных вида тиристоров:

1. Динисторы представляют собой диодные полупроводниковые приборы. В данном случае открывание осуществляется посредством подачи высокого напряжения между контактами.
2. Тринисторы — это триодные аналоги. Их удается открывать за счет воздействия управляющего тока на электрод.

Процесс запирания может производиться двумя способами. Первый из них подразумевает снижение электрического тока ниже уровня удержания. Вариант применим для всех видов тиристоров. Второй способ заключается в нагнетании запирающего напряжения непосредственно на управляющий контакт. Он используется только для тринисторов запираемого типа.

Возможность обратной проводимости

Рассматривая принцип работы тиристора, следует понимать, что элементы могут быть классифицированы по обратному напряжению.

Всего существует четыре варианта изделий:

1. Обратно-проводящие приборы обладают небольшим обратным напряжением. Оно составляет всего несколько вольт.
2. Элементы, не проводящие напряжение в обратном направлении в закрытом состоянии.
3. Симисторы представляют собой симметричные приборы, которые коммутируют электрические токи в том или ином направлении.
4. Изделия с ненормированным напряжением обратного направления.

Используя симисторы, необходимо помнить, что они функционируют симметрично лишь на первый взгляд. При подаче отрицательного (на анод) и положительного (на управляющий электрод) напряжения они не способны открываться, а в некоторых случаях могут выходить из строя.

В электронике симисторы относят к управляемым тиристорам, принцип работы которых заключается в коммутации цепей переменного тока. При проектировании таких схем, необходимо изучать документацию конкретного изделия, чтобы определить, какие сигналы допустимы. Отдельные виды симисторов могут иметь некоторые ограничения.

Работа в цепи постоянного тока

Если объяснять принцип работы тиристора простым языком, то он заключается во включении полупроводникового прибора посредством подачи импульса электрического тока непосредственно в цепь управления положительной полярности. На продолжительность переходного процесса существенно влияет характер производимой нагрузки, а также другие факторы:

• скорость и амплитуда созданного импульса;
• температура полупроводниковой конструкции;
• передаваемое напряжение;
• ток нагрузки.

В цепи с тиристором при увеличении прямого напряжения не должно фиксироваться завышенных значений скорости нарастания. В противном случае может происходить непреднамеренное включение прибора без подачи сигнала. Однако крутизна производимого импульса не должна быть низкой.

Выключение элементов может происходить естественным или принудительным образом. В первом случае коммутация в системах переменного тока осуществляется в момент падения электрического тока до минимума. Что касается вариантов принудительного выключения, то оно может быть весьма разнообразным:

1. Подключение специализированной цепи с наличием заряженного конденсатора вызывает возникновение разряда на проводящий элемент. Встречный поток снижает ток до нуля, поэтому прибор выключается.
2. Подключение контура, вызывающего колебательный разряд, позволяет пропустить электричество через тиристор на встречу прямому току. При достижении равновесия происходит выключение.
3. Переходный процесс может вызываться при оказании комплексной нагрузки. При наличии определенных параметров возникает колебательный характер, подразумевающий изменение полярности.

Функционирование в цепи переменного тока

Теперь следует рассмотреть принцип работы тиристора в цепи, которая пропускает переменный ток. При его внедрении можно производить включение и отключение электрических сетей с активной нагрузкой, а также осуществлять изменение среднего и текущего значений тока путем регулировки подачи сигнала.

Не новость даже для чайников — принцип работы тиристора заключается в пропускании электричества в одном направлении, поэтому в цепях с переменным током осуществляется встречно-параллельное включение. Значения могут варьироваться путем изменения самого момента подачи на приборы открывающих сигналов. Углы регулируются за счет системы управления.

1. Фазовый метод регулировки с принудительной коммутацией предполагает применение специальных узлов.
2. Широтно-импульсное управление подразумевает отсутствие сигнала в закрытом состоянии и его наличие в открытом положении, когда к нагрузке приложено определенное напряжение.

Режим обратного запирания

Рассказывая о принципе работы триодного тиристора, нельзя не отметить, что оно может работать в разных режимах. При обратном запирании непосредственно к аноду полупроводника приложено отрицательное напряжение по отношению к катодному контакту. Переходы при таком варианте смещены в противоположном направлении.

Существуют факторы, ограничивающие применение подобного режима. Первый из них — это лавинный пробой, а второй — прокол обедненной области. Это объясняется тем, что существенная часть напряжения снижается на одном из переходов. Возникает их смыкание или происходит пробой.

Режим прямого запирания

Принцип работы тиристора в режиме прямого запирания предполагает обратное смещение одного из переходов. Противоположные слои сдвинуты в прямом направлении. Основная часть приложенного напряжения снижается на единичном переходе. Через остальные слои в соприкасающиеся области инжектируются носители, позволяющие уменьшить сопротивление на проводящем элементе. Происходит увеличение проходящего тока. Падение напряжения уменьшается.

Увеличение прямого напряжения приводит к медленному росту электрического тока. В таком режиме полупроводник считается запертым, что связано с повышенным сопротивлением единичного перехода. При некотором показателе напряжения процесс начинает приобретать лавинообразный характер. Прибор переходит во включенное состояние, в нем устанавливается электрический ток, который зависит от источника и сопротивления цепи.

Двухтранзисторная модель

Для объяснения устройства и принципа работы тиристора в режиме прямого запирания применяется двухтранзисторная модель. Данный полупроводниковый прибор можно рассматривать как два совмещенных транзистора с противоположными выводами. Переход в центре используется в качестве коллектора дырок и электронов, которые инжектируются определенными переходами.

Соотношения не изменяются при протекании токов в противоположном направлении. При повышении коэффициента в замкнутой петле происходит лавинообразный процесс, подразумевающий увеличение тока непосредственно через структуру. Электрический ток ограничен лишь сопротивлением наружной цепи.

Чем различаются динисторы и тринисторы

Принципиальных отличий между характеристиками и принципом работы тиристоров нельзя найти. Однако открытие динистора производится при наличии определенного напряжения между двумя основными выводами. Оно зависит от типа используемого устройства. В случае с тринистором напряжение открытия удается снизить принудительным образом. Это можно сделать, если подать импульс электрического тока необходимой величины непосредственно на управляющий электрод. Тринисторы получили наибольшее распространение среди приборов из категории тиристоров.

Основные характеристики

При выборе тиристоров обращают внимание на определенные параметры:

1. Напряжение включения позволяет перевести полупроводниковый прибор в рабочее состояние.
2. Временной интервал задержки запуска и остановки изделия.
3. Уровень обратного тока при максимальном значении обратного напряжения.
4. Показатель общей рассеивающей мощности.
5. Прямое напряжение при предельном токе анода.
6. Пиковый ток электрода, обеспечивающего управление.
7. Обратное напряжение в закрытом состоянии.
8. Максимальный открытый ток в открытом положении.

При выборе тиристора не следует забывать о предназначении прибора. На это непосредственное влияние оказывает временной интервал перехода в открытое или закрытое состояние. Как правило, период включения является более коротким, чем промежуток выключения.

Схемы с применением тиристоров

Тиристорные схемы подразделяются на четыре категории:

1. Пороговые изделия используют возможности перехода полупроводников из одного положения в другое при наличии определенного напряжения. К таковым относятся генераторы колебаний и фазовые регуляторы нагрузки.
2. Силовые ключи отличаются низкой мощностью. Ток рассеивается элементами в переключательных схемах в открытом состоянии. В закрытом положении электричество не пропускается.
3. Коммутация постоянного напряжения вполне возможна при использовании приборов с большой мощностью. Есть несколько способов, позволяющих закрывать незапираемые элементы.
4. Некоторые экспериментальные устройства работают с применением полупроводниковых приборов в переходных режимах, где имеются участки с отрицательным уровнем сопротивления.

В качестве заключения

Чаще всего рассказывают о принципах работы тиристоров для студентов специализированных училищ, которые готовят специалистов в области электротехники. Однако не помешает изучить информацию об устройстве и функционировании универсальных полупроводниковых приборов простым людям, проявляющим интерес к проектированию различных электрических схем.

Схемы тиристорных прерывателей

Современный этап развития силовых тиристорных регуляторов характеризуется большим разнообразием схем тиристорных прерывателей, в том числе постоянного тока. Однако при всем их разнообразии они обладают характерными общими особенностями, вытекающими в основном из характеристик самих тиристоров. В основе тиристорного прерывателя лежит тот или иной способ снижения тока, протекающего через выключаемый тиристор, до значения ниже тока удержания тиристоров. В схемах регуляторов тяговых двигателей постоянного тока наиболее распространен емкостный способ коммутации тиристоров, при котором предварительно заряженный конденсатор подключается параллельно выключаемому тиристору плюсом к катоду (рис. 111). В результате ток /_т, протекавший через выключаемый тиристор, в момент времени t₀ коммутируется из тиристора в конденсатор.

В первый момент времени при t = t₀ подключение конденсатора С с указанной на рис. 111 полярностью обусловливает появление на тиристоре обратного напряжения U_T, которое сохраняется на нем до тех пор, пока конденсатор не разрядится током i_c=i_T до нуля.

В период времени, пока на тиристоре обратное напряжение, прямой ток через него не протекает и тиристор восстанавливает свои запирающие свойства. Время, в течение которого к тиристору приложено обратное напряжение, называют схемным временем выключения тиристора <сх, т. е. временем, которое предоставляется схемой тиристору для восстановления его запирающих свойств. Для нормальной работы тиристоров, очевидно,

Те tcx-

Схемное время в простейшем случае зависит от заряда конденсатора q-UC и тока, протекавшего через тиристор,

*сх = — = — • (П6)

f т f X

Если коммутирующий конденсатор перезаряжается до напряжения, равного начальному значению (но противоположного знака), то полное время его перезаряда

Рис, Ш. Схема (а) и осциллограммы (б) при емкостной параллельной коммутации

Таким образом, при емкостной коммутации схемное время выключения тиристора всегда прямо пропорционально напряжению и емкости коммутирующего конденсатора и обратно пропорционально току выключаемого тиристора.

Рассмотрим схему тиристорного прерывателя с предварительным перезарядом коммутирующего конденсатора (рис. II2, а). Схема управления тиристорами обеспечивает сначала включение вспомогательного тиристора Т2. Тогда коммутирующий конденсатор Си будет заряжен по цепи: « + » и_п, С_к, Т2, М, «-» (У_п полярностью, указанной на рис. 112, а. После заряда конденсатора до напряжения источника питания И_п ток заряда прекращается и тиристор Т2 выключается, а ток нагрузки і_д замыкается по цепи нулевого диода Д₀. При включении тиристора Т1 через него будет протекать сумма двух токов: ток нагрузки г_д и ток перезаряда конденсатора і_Ск- Причем ток і_д будет протекать до цепи: « + » Н_ш Т1, М, «-»П_ш а ток перезаряда конденсатора і_ск по цепи: Сю 77, а, Д1, С_к— Ток нагрузки і_д будет нарастать, так как к нагрузке, содержащей в общем случае э.о = 7’о/2, так как изменению направления тока в колебательном контуре будет препятствовать блокирующий диод Д1. Таким образом, при включении тиристора 77 коммутирующий конденсатор перезаряжается только один раз — на противоположную полярность.

Из сказанного следует, что тиристор 77 нагружается суммой токов г’д+г’ек и минимальное время включенного состояния тиристора 77 определяется временем перезаряда конденсатора С_к

Теперь, чтобы выключить тиристор ті, достаточно подать управляющий импульс на вход тиристора Т2. После включения тиристора Т2 (при напряжение конденсатора С_к приложено к тиристору Т1 в обратном направлении, а ток нагрузки і_ж начнет протекать по цепи: «+» и и, С_к, Т2, М, «-» и_а. Эта цепь существует на интервале времени і₃-і₂, в течение которого коммутирующий

(118)

конденсатор перезаряжается практически постоянным током до напряжения источника питания 0_п первоначальной полярности.

Из рис. 112, б видно, что в процессе указанного перезаряда конденсатора существует интервал времени t_Cli, в течение которого к тиристору 71 приложено обратное напряжение. Это время предоставляется тиристору 77 для восстановления его запирающих свойств в прямом направлении, оно заканчивается в момент прохождения напряжения конденсатора через нуль.

При ?=/₃ напряжение питания С/_п будет уравновешиваться напряжением перезаряженного конденсатора и ток через тиристор 72 становится равным нулю, а ток нагрузки под действием э. д. с. самоиндукции индуктивности нагрузки будет протекать, замыкаясь через нулевой диод До.

Начиная с момента времени ?=7з, напряжение на нагрузке практически равно нулю, пока снова не включится тиристор 77 через период регулирования 7.

Следует подчеркнуть, что на интервале времени %-Ь (в процессе выключения тиристора 71) тяговый двигатель продолжает получать энергию от источника питания и к нему приложено напряжение (см. осциллограмму С/_д0 на рис. 112, б). Минимальное время процесса перезаряда конденсатора С_к током нагрузки ограничивается временем восстановления тиристора 71. Чем меньше время восстановления тиристора, тем меньше можно получить интервал времени 4-и.

Время импульса напряжения на нагрузке в схеме с предварительным перезарядом конденсатора складывается из времени включенного состояния главного тиристора 71 и вспомогательного тиристора 72

Рис. 112. Схема тиристорного прерывателя с предварительным перезарядом С_к (а) и осциллограммы (б)

Рис. 113. Схема тиристорного Прерывателя с дополнительным разрядным контуром (а) и осциллограммы (б)

Таким образом, минимальное время импульса напряжения на нагрузке в схеме с предварительным перезарядом конденсатора ограничено параметрами колебательного контура Ь, С_к и временем восстановления главного тиристора т_в—

Указанные ограничения являются определенным недостатком рассмотренной схемы, так как для обычно требуемого диапазона регулирования напряжения на тяговом двигателе необходимо снижать частоту регулирования до 30-50 Гц, что увеличивает массу, размеры и стоимость сглаживающих устройств.

Другим недостатком схемы рис. 112, а является существенная зависимость коэффициента заполнения % от напряжения питающей сети и тока нагрузки.

В связи с отмеченными недостатками практическое применение данной схемы часто сопровождается теми или иными схемными дополнениями, направленными на ликвидацию или уменьшение указанных недостатков.

Примером может служить схема, показанная на рис. 113, а, принцип действия которой во многом аналогичен схеме рис. 112, а. Напряжение к двигателю подводится при включении главного тиристора 77. При включении вспомогательного тиристора Т2 происходит предварительный перезаряд коммутирующего конденсатора по цепи: С_к, Ы, Т2, после окончания которого конденсатор будет иметь полярность, противоположную указанной на схеме (рис. 113, а). По окончании процесса предварительного перезаряда конденсатора, когда его напряжение достигнет максимального значения, а ток г’_ск пройдет через нуль (см. осциллограммы рис. 113, б), к обоим тиристорам 77 и Т2 будет приложено обратное напряжение, равное напряжению конденсатора С_к, по цепи: Сю Д1, Д2, Ь2, Ы, и тиристоры выключаются. Причем в этом случае через коммутирующий конденсатор будет протекать сумма токов: ток нагрузки г_д и ток колебательного контура, образованного конденсатором С_к и катушками индуктивности Ы, Ь2.

Таким образом, в этой схеме даже при токе нагрузки, равном нулю, произойдет перезаряд конденсатора на исходную полярность по колебательному контуру, образованному дополнительными разрядными элементами Ь2, Д2. Параметры разрядной индуктивности выбирают так, чтобы при максимальном токе нагрузки энергия коммутирующего конденсатора, отдаваемая в разрядный контур, составляла сравнительно небольшую часть (10-20%) максимальной его энергии. Тогда при снижении тока нагрузки часть энергии конденсатора, отдаваемая в разрядную цепь, будет увеличиваться и при токе нагрузки г_ц=0 вся энергия конденсатора будет проходить через разрядную цепь. Таким образом, разрядная цепь Ь2, Д2 стабилизирует время перезаряда коммутирующего конденсатора при выключении главного тиристора. Это время даже при /_д=0 не может быть больше, чем /_р=я У С_К(Ь₁ + Ь₂). Напомним, что в схеме рис. 112, а это время при г_д=0 согласно формуле (117) равно оо.

Включение катушки индуктивности ЬЗ в цепь нулевого диода До в схеме рис. 113, а позволяет повысить нагрузочную способность тиристорного регулятора, так как конденсатор С_к получает дополнительную энергию из питающей сети пропорционально току нагрузки. Благодаря наличию катушки индуктивности ЬЗ при выключении тиристоров 77 и Т2, когда конденсатор С_к перезарядится до напряжения ?/_п, ток нагрузки не может сразу замкнуться по цепи нулевого диода Д₀. Этому будет препятствовать э. д. с. самоиндукции в катушке индуктивности ІЗ. Время, в течение которого ток в катушке ІЗ будет нарастать до тока нагрузки, будет соответствовать времени дополнительного заряда конденсатора С_к. При этом дополнительное напряжение конденсатора Д7/_Ск будет пропорционально току нагрузки і_л

Наконец, изменение схемы включения главного тиристора и элементов коммутирующего узла по сравнению со схемой рис. 112, а позволяет начинать работу ТИР, включая главный и вспомогательный тиристоры в любой последовательности и даже одновременно, коммутирующие свойства тиристорного регулятора при этом не нарушаются. Это стало возможным благодаря заряду конденсатора независимо от включения тиристоров, так как он заряжается сразу после подключения схемы к источнику питания по цепи: «+»

С_к, Д1, М, «-» и_п, а также вследствие другого включения контура предварительного перезаряда вспомогательным тиристором Т2. При этом главный тиристор не нагружается током предварительного перезаряда, что также следует считать положительным свойством данной схемы.

Известны схемы тиристорных прерывателей без предварительного перезаряда коммутирующего конденсатора. Примером таких схем может служить схема, представленная на рис. 114, а, в которой нагрузка разделена на две параллельные группы (фазы) М1, М2. Если же нагрузкой является один тяговый двигатель (например, на троллейбусе, электромобиле и т. д.), то в качестве двухфазной нагрузки используют сглаживающие фазные индуктивности (см. рис. 108).

Каждая из фазных нагрузок шунтирована своим нулевым диодом Д1, Д2 и имеет свой главный тиристор ТІ, Т2. Коммутирующий узел, состоящий из конденсатора С_к и вспомогательных тиристоров ТЗ-Тб, является общим для главных тиристоров обеих фаз. Поэтому такую схему часто называют двухфазной схемой с общим узлом коммутации. Особенностью такого коммутирующего узла является отсутствие цикла предварительного перезаряда коммутирующего конденсатора.

Минимальный коэффициент заполнения в схеме рис. 114, а соответствует режиму работы, когда поочередно включаются соответствующие пары вспомогательных тиристоров ТЗ, Т5 и Т4, Тб. Включение четной пары вспомогательных тиристоров сдвинуто относительно момента включения нечетной пары на 180° (см. рис. 114, б).

При включении тиристоров ТЗ, Т5 конденсатор С_к заряжается током нагрузки первой фазы г’_ді по цепи: «+» Т/п, АН, ТЗ, С_к, Т5, «-» и_п. После заряда конденсатора до напряжения Н_п через тири-

(123)

Рис. 114. Схема двухфазного тиристорного прерывателя без предварительного перезаряда С_к (а) и осциллограммы (б, в)

сторы ТЗ, Т5 ток прекращается и они выключаются, а ток нагрузки ід] замыкается через нулевой диод Д1.

При включении следующей пары вспомогательных тиристоров Т4, Тб коммутирующий конденсатор будет перезаряжаться на противоположную полярность, НО уже ТОКОМ нагрузки Ід2- Этот процесс перезаряда заканчивается, когда напряжение на конденсаторе С_к достигнет напряжения питания ?/_п. При этом ток через тиристоры Т4, Тб прекращается и они выключаются, а ток нагрузки і_д2 продолжает протекать через М2, замыкаясь через нулевой диод Д2. Далее снова включается пара вспомогательных тиристоров ТЗ, Т5

й конденсатор С„ перезаряжается током нагрузки і_лі на противоположную полярность, т. е. процесе повторяется.

В режиме периодического перезаряда коммутирующего конденсатора через нагрузки последние получают энергию из контактной сети, равную энергии, запасаемой конденсатором в каждом цикле перезаряда.

Следовательно, в момент трогания, когда э. д. с. вращения двигателя Е=0, минимальные ток нагрузки и коэффициент заполнения будут соответственно равны:

где г — активное сопротивление нагрузки одной фазы; г\=г₂=г\ 1 — частота включений каждого вспомогательного тиристора;

Г=1/7\

Для увеличения коэффициента заполнения ТИР служат главные тиристоры 77, Т2, которые, как и вспомогательные тиристоры, включаются со сдвигом на 180°.

При включении тиристора 77 напряжение источника питания прикладывается к нагрузке первой фазы, в результате диод Д1 запирается, а ток в ней нарастает. Для выключения тиристора 77 необходимо включить вспомогательные тиристоры ТЗ, Т5, когда напряжение на коммутирующем конденсаторе имеет полярность «+» справа. В этом случае к главному тиристору 77 прикладывается напряжение ис_к в обратном направлении. Ток через тиристор 77 прекращается, а коммутирующий конденсатор перезаряжается на противоположную полярность («+» слева) током нагрузки по цепи: «+» и„, МЛ, ТЗ, С_к, Т5, «-» и и- До момента прохождения напряжения конденсатора через нуль на тиристоре Т1 имеется обратное напряжение. Этот этап перезаряда С_к обеспечивает восстановление запирающих свойств тиристора 77. Ток через вспомогательные тиристоры ТЗ, Т5 прекращает протекать после того, как конденсатор перезарядится до напряжения источника питания. Начиная с этого момента, ток нагрузки первой фазы будет снова замыкаться через диод нулевого контура Д1, а коммутирующий конденсатор С_к будет подготовлен к выключению главного тиристора второй фазы.

После включения главного тиристора Т2 напряжение И_и прикладывается к нагрузке второй фазы и процессы в ней протекают аналогично первой фазе (рис. 114, б). Для выключения тиристора Т2 включаются вспомогательные тиристоры Т4, Тб. При этом напряжение конденсатора С_к прикладывается в обратном направлении к тиристору Т2 и последний выключается, а конденсатор перезаряжается на противоположную полярность по цепи: «+» и_т М2, Т4, С„, Тб, «-» V_ш подготовляясь к.выключению главного тиристора первой фазы. Далее процессы повторяются.1, характеризуется тем, что в кривых напряжения на нагрузке имеются интервалы времени, когда напряжение одновременно приложено к нагрузкам обеих фаз, благодаря одновременному проводящему состоянию главных тиристоров.

Осциллограммы на элементах схемы рис. 114, а приведены для двух режимов работы — без перекрытия (см. рис. 114, б) и с перекрытием (рис. 114, в).

Таким образом в схеме рис. 114, а происходит регулирование среднего напряжения на нагрузках от 0 до 11„. При этом каждый цикл перезаряда коммутирующего конденсатора является «полезным», так как при этом выключается один из главных тиристоров Т1 или 72. Отсутствие «холостого» подготовительного цикла перезаряда конденсатора уменьшает его реактивную мощность, а также расширяет диапазон регулирования напряжения на нагрузке. Последнее достигается тем, что снижается минимальное напряжение на нагрузке вследствие исключения подготовительного цикла перезаряда конденсатора, в течение которого к нагрузке подводилась энергия от источника питания.

Схема ТИР (см. рис. 114, а) может быть также дополнена разрядными (стабилизирующими) цепями и цепями дополнительного заряда конденсатора в зависимости от тока нагрузки.

Существуют и другие способы улучшения эксплуатационных свойств тиристорных прерывателей. В частности, известны схемы, в которых напряжение на нагрузке не превышает напряжения питания; позволяющие получить минимальный коэффициент заполнения близкий к нулю при высокой частоте регулирования; с меньшим числом полупроводниковых приборов, дающие возможность вести регулирование только изменением частоты включения тиристоров и т. д.

⇐Сглаживающие устройства в системах с тиристорно-импульсным управлением | Электрооборудование трамваев и троллейбусов | Защита силовых полупроводниковых приборов в тиристорных регуляторах⇒

Управление тринисторами и симисторами

Управление тринисторами и симисторами Управление тринисторами и симисторами Самый простой способ управления тиристорами — это подача на управляющий электрод прибора постоянного тока с величиной, необходимой для его включения (рис. 1). Ключ SA1 на рис. 1 и на последующих рисунках — это любой элемент, обеспечивающий замыкание цепи: транзистор, выходной каскад микросхемы, оптрон и др. Этот способ прост и удобен, но обладает существенным недостатком — требуется довольно большая мощность управляющего сигнала. В табл. 1 приведены наиболее важные параметры для обеспечения надежного управления некоторыми самыми распространенными тиристорами (три первых позиции занимают тринисторы, остальные — симисторы). При комнатной температуре для гарантированного включения перечисленных тиристоров требуется ток управляющего электрода Iу вкл равный 70-160 мА. Следовательно, при напряжении питания, типовом для собранных на микросхемах узлов управления (10-15 В), требуется постоянная мощность 0,7-2,4 Вт. Отметим, что полярность управляющего напряжения для тринисторов положительная относительно катода, а для симисторов — или отрицательная для обоих полупериодов, или совпадающая с полярностью напряжения на аноде. Также можно добавить, что часто в соответствии с указаниями по применению требуется шунтирование управляющего перехода тринисторов сопротивлением 51 Ом (R2 на рис. 1) и не требуется никакого шунтирования для симисторов. Реальные величины тока управляющего электрода, достаточного для включения тиристора, обычно меньше цифр, приведенных в табл. 1, поэтому нередко идут на его снижение относительно гарантированных значений: для тринисторов — до 7-40 мА, для симисторов — до 50-60 мА. Такое снижение часто приводит к ненадежной работе устройств, и необходимости предварительной проверки или же подбора тиристоров. Уменьшение управляющего тока также может приводить к возникновению помех радиоприему, поскольку включение тиристоров при малых токах управляющего электрода происходит при относительно большом напряжении на аноде — несколько десятков вольт, что приводит к броскам тока через нагрузку и, следовательно, к мощным помехам. Недостатком управления тиристорами постоянным током является гальваническая связь источника управляющего сигнала и сети. Если в схеме с симистором (рис. 1, б) при соответствующем включении сетевых проводов источник управляющего сигнала можно соединить с нулевым проводом, то при использовании тринистора (рис 1, а) такая возможность возникает лишь при исключении выпрямительного моста VD1-VD4. Последнее приводит к однополупериодной подаче напряжения на нагрузку и двукратному уменьшению поступаемой в нее мощности. В настоящее время в связи с большой потребляемой мощностью запуск тиристоров постоянным током при бестрансформаторном питании пусковых узлов (с гасящим резистором или конденсатором) практически не используется. Одним из вариантов снижения потребляемой узлом управления мощности является использование вместо постоянного тока непрерывной последовательности импульсов с относительно большой скважностью. Поскольку время включения типовых тринисторов составляет 10 мкс и менее, можно подавать на их управляющий электрод импульсы такой же длительности со скважностью, например, 5-10-20, что соответствует частоте 20-10-5 кГц. В этом случае потребляемая мощность также уменьшается в 5-10-20 раз соответственно. Однако при таком способе управления выявляются некоторые новые недостатки. Во-первых, теперь тиристор включается не в самом начале полупериода сетевого напряжения, а в произвольные моменты времени, отстоящие от начала полупериода на время, не превышающее периода запускающих импульсов, т. е. 50-100-200 мкс. За это время напряжение сети может возрасти примерно до 5-10-20 В. Это приводит к возникновению помех радиоприему и к некоторому уменьшению выходного напряжения, впрочем, малозаметному. Существует еще одна проблема. Если при включении в начале полупериода во время действия запускающего импульса ток через тиристор не достигнет тока удержания (Iуд, табл. 1), тиристор после окончания импульса выключится. Следующий импульс вновь включит тиристор, и он не выключится лишь в том случае, если к моменту окончания импульса ток через него будет больше тока удержания. Таким образом, ток через нагрузку сначала будет иметь вид нескольких коротких импульсов и лишь потом — синусоидальную форму. Если же нагрузка имеет активноиндуктивный характер (например, электродвигатель), ток через нее за время действия короткого включающего импульса может не успеть достичь величины тока удержания, даже когда мгновенное напряжение в сети максимально. Тиристор после окончания каждого импульса будет выключаться. Этот недостаток ограничивает снизу длительность запускающих импульсов и может свести на нет уменьшение потребляемой мощности. Применение импульсного запуска облегчает гальваническую развязку между узлом управления и сетью, ибо ее может обеспечить даже небольшой трансформатор с коэффициентом трансформации, близким к 1:1. Его обычно наматывают на ферритовом кольце диаметром 16-20 мм с тщательно выполненной изоляцией между обмотками. Следует предостеречь от применения малогабаритных импульсных трансформаторов промышленного изготовления. Как правило, они имеют низкое напряжение изоляции (около 50-100 В) и могут служить причиной поражения электрическим током, если при использовании прибора будет считаться, что цепь управления изолирована от сети. Снижение требуемой при импульсном управлении мощности и возможность введения гальванической развязки позволяют применить в узлах управления тиристорами бестрансформаторное питание. Третий широко распространенный способ управления тиристорами — подача на управляющий электрод сигнала с его анода через ключ и ограничительный резистор (рис. 2). В таком узле ток через ключ протекает в течение нескольких микросекунд, пока включается тиристор, если напряжение на аноде достаточно велико. В качестве ключей используют малощумящие электромагнитные реле, высоковольтные биполярные транзисторы, фотодинистры или фотосимисторы (схемы на рис. 2 соответственно). Способ прост и удобен, некритичен к наличию у нагрузки индуктивной составляющей, но имеет недостаток, на который нередко не обращают внимания. Недостаток связан с противоречивостью требований к ограничительному резистору R1. С одной стороны, его сопротивление должно быть как можно меньше, чтобы включение тиристора происходило как можно ближе к началу полупериода сетевого напряжения. С другой стороны, при первом открывании ключа, если оно не синхронизировано с моментом прохождения сетевого напряжения через нуль, напряжение на резисторе R1 может достигать амплитудного напряжения сети, т. е. составлять 310-350 В. Импульс тока через этот резистор не должен превышать допустимых значений для ключа и управляющего перехода тиристора. В табл. 2 приведены некоторые параметры наиболее часто применяемых отечественных фототиристоров (приборы серий АОУ103/3ОУ103 и АОУ115 — фотодинисторы, АОУ — фотосимисторы). Исходя из значений максимально допустимого импульсного тока управления (табл. 1) и максимального импульсного тока через ключ (табл. 2), можно для каждой конкретной пары приборов определить минимально допустимое сопротивление ограничительного резистора. Например, для пары КУ208Г (Iу, вкл макс = 1 А) и АОУ160А (Iмакс, имп = 2 А) можно выбрать R1 = 330 Ом. Если ток управляющего электрода, при котором происходит включение симистора, соответствует его максимальному значению 160 мА, симистор будет включаться при напряжении на аноде равном 0,16ћ330 = 53 В. Как и в случае с подачей управляющих импульсов относительно большой скважности, это приводит к возникновению помех и к некоторому уменьшению выходного напряжения. Поскольку реальная чувствительность тиристоров по управляющему электроду обычно лучше, задержка открывания тиристора относительно начала полупериода меньше рассчитанной выше предельной величины. Сопротивление ограничивающего резистора R1 может быть уменьшено на величину сопротивления нагрузки, поскольку в момент включения они включены последовательно. Более того, если нагрузка имеет гарантированно индуктивно-резистивный характер, можно еще более уменьшить сопротивление указанного резистора. Однако если нагрузкой являются лампы накаливания, надо помнить, что их холодное сопротивление примерно в десять раз меньше рабочего. Следует также иметь ввиду, что включающий ток симисторов имеет разную величину для положительной и отрицательной полуволн сетевого напряжения. Поэтому в выходном напряжении мо жет появиться небольшая постоянная составляющая. Из фотодинисторов серии АОУ103/3ОУ103 для управления тиристорами в сети 220 В по максимально допустимому напряжению подходят только 3ОУ103Г, однако неоднократно проверено, что и АОУ103Б и АОУ103В годятся для работы в этом режиме. Различие между приборами с индексами Б и В заключается в том, что подача напряжения обратной полярности на АОУ103Б не допускается. Аналогично и различие между АОУ115Г и АОУ115Д: приборы с индексом Д допускают подачу обратного напряжения с индексом Г — нет. Существенного сокращения потребляемой цепями управления мощности можно добиться, если включать ток управляющего электрода в момент включения тиристора. Два варианта схем узлов управления, обеспечивающих такой режим, приведены на рис. 3. Включение тринистора в схеме на рис. 3, а происходит в момент замыкания контактов ключа SA1. После включения тринистора элемент DD1.1 выключается, и ток управляющего электрода прекращается, что существенно экономит потребление по цепи управления. Если напряжение на тринисторе в момент включения SA1 будет меньше порога переключения DD1.1, тринистор не включится, пока напряжение на нем не достигнет этого порога, т. е. не станет несколько более половины напряжения питания микросхемы. Регулировать пороговое напряжение можно подбором сопротивления нижнего плеча делителя резистора R6. Резистор R2 обеспечивает низкий логический уровень на входе 1 элемента DD1.1 при закрывании тринистора VS1 и диодного моста VD2. Для аналогичного включения симистора необходим узел двуполярного управления элементом совпадения DD1.1 (рис. 3, б). Этот узел собран на транзисторах VT1, VT2 и резисторах R2-R4. Транзистор VT1 включен по схеме с общей базой, и напряжение на его коллекторе становится по модулю меньше порога переключения элемента DD1.1, когда напряжение на аноде симистора VS1 положительно относительно катода и превышает его примерно на 7 В. Аналогично транзистор VT2 входит в насыщение, когда отрица тельное напряжение на аноде становится по модулю больше -6 В. Такой узел выделения момента прохождения напряжения через нуль широко применяется в различных разработках. При всей кажущейся привлекательности узлы, выполненные по схемам, приведенным на рис. 3, и им аналогичные, обладают существенным недостатком: если по какойлибо причине тиристор не включится, ток через его управляющий электрод будет идти неопределенно долго. Поэтому необходимо предпринимать специальные меры по ограничению длительности импульса или рассчитывать источник питания на полный ток, т. е. на такую же мощность, как и для узлов по схеме на рис. 1. Наиболее экономичные схемы управления используют формирование одиночного включающего импульса вблизи перехода сетевого напряжения через нуль. Две несложных схемы таких формирователей приведены на рис. 4, а временные диаграммы их работы — на рис. 5 (а и б соответственно). Недостатком, впрочем совершенно несущественным в большинстве случаев, является то, что первое включение происходит не в самом начале полупериода сетевого напряжения, а в самом конце того, во время которого был замкнут ключ SA1. Двойная длительность включающего импульса 2Т0 определяется порогом переключения элемента ИЛИ НЕ с учетом делителя R2R3 (рис. 4, а) или порогом формирователя на VT1, VT2 (рис. 4, б), и рассчитывается по формуле Скорость изменения сетевого напряжения при переходе через нуль и при Uпор = 50 В двойная длительность составит 2Т0 = 1 мс. Скважность импульсов равна 10, и средний потребляемый ток в 10 раз меньше амплитудного значения, необходимого для надежного включения тиристора. Минимальная длительность включающего импульса определяется тем, что он должен оканчиваться не ранее, чем ток через нагрузки достигнет тока удержания тиристора. Например, если нагрузка имеет мощность 200 Вт (Rн = 2202/200 = 242 Ом), а ток удержания симистора КУ208 — 150 мА, то этот ток достигается при мгновенном напряжении в сети 242×0, 15 = 36 В, т. е. при скорости нарастания 100 В/мс окончание импульса запуска должно быть не ранее, чем через 360 мкс от момента перехода напряжения через нуль. Снизить потребляемую мощность еще примерно в десять раз можно за счет подачи на третий вход элементов ИЛИ — НЕ схем на рис. 4 непрерывной последовательности импульсов (показано штриховыми линиями), как это было упомянуто в начале статьи применительно к узлам по схемам на рис. 1. При этом проявляются те же недостатки, что и при непрерывной подаче импульсов на управляющий электрод. Для уменьшения потерь мощности можно сформированный в узлах по схемам на рис. 4 импульс, продифференцировать его, и продифференцированный задний фронт использовать как запускающий для тиристора (рис. 6). Параметры этого запускающего импульса Ти следует выбирать так. Он должен начинаться как можно раньше после прохождения сетевого напряжения через нуль, чтобы бросок тока через нагрузку в момент включения в начале каждого полупериода был бы минимальным и минимальными были бы помехи и потери мощности. Здесь ширина импульса, формируемого в момент прохождения напряжения сети через нуль, ограничена снизу только временем перезаряда дифференцирующей цепи C1R7 и может быть достаточно малой, но конечной. Оканчиваться импульс должен, как и для предыдущего варианта, не ранее, чем когда ток через нагрузку достигнет тока удержания тиристора. Схема узла, формирующего импульс включения тиристора точно в момент перехода сетевого напряжения через нуль, приведена на рис. 7, а, а временная диаграмма его работы — на рис. 7, б. Цепь из резисторов R1-R3 и элемента DD1.1 формирует короткие импульсы (60-100 мкс) в момент перехода сетевого напряжения через нуль. Эти импульсы заряжают конденсатор С1 до напряжения питания. Конденсатор относительно медленно разряжается через резистор R4, и на выходе DD1.2 формируется импульс отрицательной полярности с длительностью, определяемой постоянной времени цепочки R4C1. При указанных на схеме номиналах длительность импульса составляет примерно 400 мкс. Схема узла управления симистором с близкими параметрами приведена на рис. 8. При работе узлов по схемам на рис. 7 и 8 подача на управляющий электрод импульса включения спрямляет выходную характеристику тиристора в момент прохождения сетевого напряжения через нуль и при правильно выбранной длительности импульса удерживает тиристор во включенном состоянии до момента достижения тока удержания даже при наличии небольшой индуктивной составляющей нагрузки. Источник питания таких узлов может быть собран по бестрансформаторной схеме с гасящим резистором или, что еще лучше, конденсатором. Помех радиоприему такое включение тиристоров не создает и может быть рекомендовано для всех случаев управления нагрузками с малой индуктивной составляющей. Если же нагрузка имеет выраженный индуктивный характер, можно рекомендовать схемы управления, приведенные на рис. 2. Для уменьшения помех радиоприему необходимо включение в сетевые провода помехоподавляющих фильтров, а если провода от регулятора до нагрузки имеют заметную длину, то и в эти провода тоже. Выше были рассмотрены варианты управления тиристорами при их использовании в качестве ключей. При фазоимпульсном управлении мощностью нагрузок можно использовать описанные выше схемотехнические решения по формированию импульсов в моменты перехода сетевого напряжения через нуль для запуска времязадающего узла запуска тиристора. Отметим, что такой узел должен давать стабильную задержку включения тиристора, не зависящую от напряжения сети и температуры, а длительность формируемого импульса должна обеспечить достижение тока удержания независимо от момента включения нагрузки в пределах полупериода.

(PDF) Демпфирование и дополнительная энергия в схемах переключения тиристоров

Международный симпозиум IEEE по схемам и системам, Сиэтл, Вашингтон, май 1995 г., стр. 291-294. c

1995 IEEE

Пример 1: Однофазная гибкая цепь передачи переменного тока Kayenta

[8] представляет собой систему с управляемым реактором с тиристорным управлением

и используется для регулирования потока мощности. В типичной рабочей точке

(так что ff −son = T / 12) и без учета сопротивлений цепи

, J = 0.4791 0,6062 –0,1690

–0,7385 0,0876 0,0166

–0,4613 0,4431 0,0121  имеет

собственных значений при 0,1312,0,2238 ± j0,5498, которые лежат в пределах

единичной окружности, и, следовательно, система является асимптотически стабильной

. Кроме того, существует начальное направление возмущения —

z (0) = (0,9914 0,0734 -0,1081) t, для которого энергия приращения

малого возмущения не изменится

после одного периода (см. Также раздел 4). Однако замена

реактора с тиристорным управлением комбинацией резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности

дает линейную схему, которая

не может одновременно быть асимптотически стабильной и сохранять энергию импульса

заявленного начального возмущения.(Схема

с резисторами, которая является асимптотически устойчивой, должна рассеивать энергию всех возмущений

.)

Пример 2: Для систем, работающих на полуволновой сим-

метрических периодических орбитах, якобиан H полуволны

Карта Пуанкаре используется для проверки основного резонанса

[2]. Схема управления однофазным статическим VAR [2]

имеет H = – 0,9395 –0,0126

–0,2811 –0,8540  с собственными значениями при –0,97 и

–0.8236, так что ff −son = T / 8. Так как H имеет отрицательные простые собственные значения

, не существует реальной матрицы Aav g такой, что

H = eAavg T / 2 [5]. То есть поведение собственных значений

H не может быть зафиксировано путем представления управляемого тиристорного реактора

с помощью линейной модели. Отрицательные собственные значения

сохраняются в области 0,105T≤so ff −son ≤0,155T

(основной резонанс возникает при so −son = 0,140T [2]).

6. Выводы

Мы рассматриваем небольшое возмущение номинальной стационарной траектории

состояния цепи с тиристорными реакторами, индукторами, конденсаторами и зависящими от времени периодическими источниками

.Предполагается, что неправильное возгорание [13] и бифуркация времени переключения

[6,13,4] не произойдет. Если срабатывание тиристора

невозмущено, то при каждом включении тиристора не происходит изменения приращения энергии

при каждом включении тиристора и уменьшается дополнительная энергия при каждом выключении тиристора. Таким образом, тиристорный переключатель

гасит возмущение, и схема

работает стабильно. Если срабатывание тиристора отклоняется от номинального значения

, то при включении тиристора также увеличивается инкрементная энергия

.Это может привести к возрастанию

возмущений и нестабильности цепи, но не обязательно, чтобы это происходило обязательно по двум причинам. Во-первых, последующее переключение на

может отключить увеличение дополнительной энергии. Во-вторых,

общее увеличение дополнительной энергии за один период

не обязательно означает нестабильность. Аналогичные результаты могут быть получены для схем с идеальными диодами [4], за исключением

, поскольку у диодов отрицательное напряжение становится равным нулю при включении

, инкрементная энергия уменьшается при включении и его ведущий член порядка

равен нулю.

Мы вывели простые формулы для начального порядка

изменений дополнительной энергии при переключениях, а также извлекли те же формулы из системы, линеаризовавшей примерно

номинального установившегося состояния. Мы приводим несколько примеров, из которых

предполагают, что динамическое поведение слабого сигнала схем

с реакторами с тиристорным управлением не улавливается моделями

, которые используют реактор с тиристорным управлением как импеданс.

Авторы выражают признательность за финансирование в части

от EPRI по контракту RP 8050-03 и от NSF PYI

, грант ECS-9157192.

Ссылки

[1] Н. Кристл, Р. Хедин и др., Расширенная последовательная компенсация (ASC)

с тиристорным управляемым импедансом, Cigr´e 14/37 / 38-05, август 1992.

[2] И. Добсон, С. Г. Джалали, Р. Раджараман, Демпфирование и резонанс в цепи переключения большой мощности

, Теория систем и управления для систем Power

(ред. Дж. Чоу и др.), IMA vol. 64 по математике и

его приложений, Springer Verlag, стр. 137-156, 1995.

[3] I. Добсон, С.Джалали Г. Удивительное упрощение якобиана

схемы переключения диодов, IEEE Intl. Symp. on Circuits и

Systems, Чикаго, Иллинойс, май 1993 г., стр. 2652-2655.

[4] И. Добсон, Устойчивость идеальных схем переключения тиристоров и диодов,

, представленный в IEEE Trans. Схемы и системы, часть 1.

[5] R.A. Хорн, К. Р. Джонсон, Темы матричного анализа, Кембридж

University Press, Кембридж, 1989.

[6] С.Г. Джалали, И. Добсон, Р.Х. Лассетер, Нестабильность из-за бифуркации

времен переключения в реакторе с тиристорным управлением, Power Electron-

IC Specialists Conf., Толедо, Испания, июль 1992 г., стр. 546-552.

[7] С.Г. Джалали, Гармоники и нестабильности в схемах тиристорного выключателя-

, Дисс. Канд. of Wisconsin-Madison, 1993.

[8] S.G. Джалали, Р. Х. Лассетер, И. Добсон, Динамический отклик коммутируемого конденсатора

с тиристорным управлением, IEEE Trans. на Power De-

ливрея

, об.9, вып. 3, июль 1994, стр. 1609-1615.

[9] E.S.Kuh, R.A.Rohrer, Подход с переменным состояния к сетевому анализу,

ysis, Proceedings IEEE, vol.53, no.7, July 1965, pp.672-686.

[10] E. Ларсен, К. Боулер и др., Преимущества компенсации серии

с тиристорным управлением, Cigr´e 14/37 / 38-04, Париж, 1992.

[11] J.P. Луи, Нелинейные и линеаризованные модели для систем управления

, включая статические преобразователи, Third Intl. Федерация на автомате

Control, Symp.по управлению в силовой электронике и электрических приводах,

Лозанна, Швейцария, сентябрь 1983 г., стр. 9–16.

[12] T.J.E. Миллер (ред.), Управление реактивной мощностью в электрических системах,

Wiley, NY, 1982.

[13] R. Раджараман, И. Добсон, С.Г. Джалали, Нелинейная динамика и бифуркации времени переключения

реактора с тиристорным управлением, IEEE

ISCAS, Чикаго, Иллинойс, май 1993 г., стр. 2180-2183.

[14] С.Р. Сандерс, Г.К. Вергезе, Управление на основе Ляпунова для коммутируемых преобразователей мощности

, IEEE Trans.по силовой электронике, т. 7, вып. 1,

, январь 1992 г., стр. 17-24.

Приложение

Мы нарисуем частный случай построения хороших координат координат из [4], адаптировав стандартные методы [9]. Мы утверждаем, что можно выбрать нормальное дерево схемы

так, чтобы тиристор

был ветвью дерева, а реактор — звеном [4]. Вектор состояния ˜x

состоит из токов звена индуктивности и напряжений ветви конденсатора. В частности, в

первая составляющая ˜x — это ток реактора, равный

i = c˜x.Дифференциальные уравнения схемы, когда тиристор находится на

: M˙

˜x = ˜

A˜x + ˜

Bu, где M = diag {˜

L, ˜

C} и ˜

Land ˜

Care

матрицы индуктивности и емкости, а ˜

A описывает многопортовый

, связанный со схемой. Предположим, что ˜

L> 0 и ˜

C> 0.

Дифференциальные уравнения, когда тиристор выключен и моделируется как

источник напряжения v (t): M˙

˜x = ˜

A˜x + ˜

Bu + αctv (t) для некоторого кон-

stant α.То есть, напряжение тиристора вносит вклад только в первое дифференциальное уравнение

. Теперь измените координаты на x = M1

2˜x / √2

и пусть A = M − 1

2˜

AM − 1

2, B = M − 1

2˜

B / √2. Тогда M˙

˜x = ˜

A˜x + ˜

Bu

становится (3.2) и, учитывая, что M − 1

2ct = L − 1

2ct, уравнения o ff di ff erential

становятся ˙ x = Ax + Bu + αL − 1

2cTvd и умножение

на Pyields (3.3). Кроме того, i = c˜x = √2cM − 1

2xyields (3.1) и

| x | 2 = xTx = 1

2˜xTM˜x — энергия контура.

Неделя 5 Схема тиристора и схемы переключения тиристора — Схема тиристора Тиристоры

Схема тиристора

Тиристоры — это высокоскоростные твердотельные устройства, которые могут использоваться для управления двигателями, нагревателями и др. лампы.

Ранее мы говорили, что для того, чтобы тиристор включился, нам нужно ввести небольшой запускающий импульс тока (не непрерывный ток) на клемме Gate, (G), когда тиристор находится в прямом направлении, то есть анод, (A) положителен по отношению к катоду, (K), для происходит регенеративная фиксация.

Типичный тиристор

Обычно этот пусковой импульс должен иметь длительность всего несколько микросекунд, но чем дольше Импульс затвора применяется тем быстрее происходит внутренний лавинный пробой и тем быстрее время включения тиристора, но не должен превышаться максимальный ток затвора. Один раз срабатывает и полностью проводит, падение напряжения на тиристоре, анод-катод, составляет достаточно постоянным и составляет около 1,0 В для всех значений анодного тока вплоть до его номинального значения.

Но помните, что как только тиристор начинает проводить, он продолжает проводить даже без Сигнал затвора, пока анодный ток не упадет ниже значений тока удержания устройств (IH) и ниже при этом значении автоматически отключается — «ВЫКЛ». Тогда, в отличие от биполярных транзисторов и полевых транзисторов, тиристоры не может использоваться для усиления или управляемого переключения.

Тиристоры — это полупроводниковые устройства, специально разработанные для использования в мощных переключения приложений и не имеют возможности усилителя.Тиристоры могут работать только в режим переключения, действующий как разомкнутый или замкнутый переключатель. После того, как был запущен в проводимость терминал затвора, тиристор всегда будет проводить (пропускать ток). Поэтому в DC цепях и некоторых высокоиндуктивных цепях переменного тока ток должен быть искусственно уменьшен с помощью отдельный выключатель или выключить цепь.

Схема тиристора постоянного тока

При подключении к источнику постоянного тока, тиристор может использоваться в качестве переключателя постоянного тока для контролировать большие токи постоянного тока и нагрузки.При использовании тиристора в качестве переключателя он ведет себя как

. Электронная защелка

, потому что после активации она остается в состоянии «ВКЛ.» До тех пор, пока не будет сброшена вручную. Рассмотрим схему тиристора постоянного тока ниже.

Схема переключения тиристоров постоянного тока

В этой простой схеме включения тиристора используется тиристор в качестве переключателя для управления лампой, но он также может использоваться в качестве цепи управления двухпозиционного управления для двигателя, нагревателя или какой-либо другой такой нагрузки постоянного тока. Тиристор смещен в прямом направлении и приводится в действие проводимостью при кратковременном замыкании нормально замкнутого контура. нажмите кнопку «ВКЛ», S 1, которая подключает клемму ворот к источнику постоянного тока через ворота. резистор, RG, таким образом позволяя току течь в затвор.Если значение RG установлено слишком высоко с помощью Что касается напряжения питания, тиристор может не сработать.

После того, как цепь была включена — «ВКЛ», она автоматически фиксируется и остается «ВКЛ» даже при нажатии кнопки отпускается, если ток нагрузки превышает ток фиксации тиристоров. Дополнительный нажатие кнопки, S 1 не повлияет на состояние цепей, так как после «защелкивания» затвора теряет всякий контроль. Тиристор теперь полностью включен (токопроводящий), позволяя цепь с полной нагрузкой. ток должен течь через устройство в прямом направлении и обратно к источнику питания от батареи.

Одним из основных преимуществ использования тиристора в качестве переключателя в цепи постоянного тока является то, что он имеет очень высокий коэффициент усиления по току. Тиристор — это устройство, управляемое током, потому что небольшой ток затвора может контролировать гораздо больший анодный ток.

Резистор затвор-катод RGK обычно включается для уменьшения чувствительности затвора и увеличения его способность dv / dt предотвращает ложное срабатывание устройства.

Так как тиристор автоматически зафиксировался в состоянии «ВКЛ.», Цепь может быть сброшена только путем прерывания. источник питания и снижение анодного тока до уровня ниже минимума тиристоров, удерживающего текущее (IH) значение.

Цепь тиристора переменного тока

Вышеупомянутая схема включения тиристора аналогична по конструкции схеме тиристора постоянного тока, за исключением отсутствие дополнительного переключателя «ВЫКЛ» и включение диода D 1, предотвращающего реверс смещение применяется к воротам. Во время положительного полупериода синусоидального сигнала устройство имеет прямое смещение, но при разомкнутом переключателе S 1 ток нулевого затвора подается на тиристор и он остается «ВЫКЛ.». В отрицательном полупериоде устройство смещено в обратном направлении и будет оставаться в положении «ВЫКЛ». независимо от состояния переключателя S 1.

Если переключатель S 1 замкнут, в начале каждого положительного полупериода тиристор полностью выключен, но вскоре после этого будет достаточное положительное триггерное напряжение и, следовательно, ток, присутствующий на Затвор для включения тиристора и лампы.

Теперь тиристор зафиксирован — «ВКЛ» на время положительного полупериода и будет автоматически выключается снова, когда положительный полупериод заканчивается и анодный ток падает ниже значения тока удержания.

Во время следующего отрицательного полупериода устройство все равно полностью «ВЫКЛЮЧЕНО» до следующего положительного полупериод, когда процесс повторяется, и тиристор снова работает, пока переключатель находится в закрыто.

Тогда в этом состоянии лампа будет получать только половину доступной мощности от источника переменного тока. поскольку тиристор действует как выпрямительный диод и проводит ток только во время положительного полупроводника. циклы, когда он смещен вперед. Тиристор продолжает подавать половину мощности на лампу до тех пор, пока выключатель открыт.

Если бы можно было быстро включать и выключать переключатель S 1, чтобы тиристор получил свой затвор сигнал в точке «пика» (90o) каждого положительного полупериода, устройство будет проводить только в течение одна половина положительного полупериода.Другими словами, проводимость будет происходить только во время одного — половина половины синусоидальной волны, и это условие приведет к тому, что лампа получит «одну четверть» или четверть всей мощности, доступной от источника переменного тока.

Путем точного изменения временного соотношения между импульсом затвора и положительным полупериодом, Тиристор может быть настроен на подачу любого процента мощности, желаемой на нагрузку, от 0% и 50%. Очевидно, что при такой конфигурации схемы он не может подавать более 50% мощности на лампа, потому что она не может проводить в течение отрицательных полупериодов при обратном смещении.Рассмотрим схему ниже.

Полуволновое управление фазой

Управление фазой — это наиболее распространенная форма тиристорного управления мощностью переменного тока и основная фаза переменного тока. Схема управления может быть сконструирована, как показано выше. Здесь определяется напряжение затвора тиристоров. от цепи заряда RC через триггерный диод, D 1.

Во время положительного полупериода, когда тиристор смещен в прямом направлении, конденсатор C заряжается через резистор R 1, соответствующий напряжению питания переменного тока. Ворота активируются только тогда, когда напряжение в точке A поднялся достаточно, чтобы запустить триггерный диод D 1, и конденсатор разрядится в конденсатор. Затвор тиристора включает его.Продолжительность времени в положительной половине цикла, при которой начало проводимости контролируется постоянной времени RC, задаваемой переменным резистором, R 1.

Увеличение значения R 1 приводит к задержке срабатывания напряжения и тока, подаваемого на затвор тиристора, что, в свою очередь, вызывает отставание во времени проводимости устройства. В результате часть полупериода, в течение которого работает устройство, может регулироваться в диапазоне от 0 до 180 °, Это означает, что можно регулировать среднюю мощность, рассеиваемую лампой.Однако тиристор является однонаправленным устройством, поэтому во время работы может подаваться не более 50% мощности. каждый положительный полупериод.

Существует множество способов добиться 100% -ного двухполупериодного управления переменным током с помощью «тиристоров». Один из способов — это для включения одного тиристора в схему диодного моста выпрямителя, которая преобразует переменный ток в однонаправленный ток через тиристор, в то время как более распространенным методом является использование двух тиристоры включены обратно параллельно. Более практичный подход состоит в том, чтобы использовать один симистор, как это устройство может срабатывать в обоих направлениях, что делает их пригодными для переключения переменного тока Приложения.

% PDF-1.7 % 229 0 объект > эндобдж xref 229 76 0000000016 00000 н. 0000003006 00000 п. 0000003232 00000 н. 0000003290 00000 н. 0000003878 00000 н. 0000004097 00000 н. 0000004496 00000 н. 0000004533 00000 н. 0000004855 00000 н. 0000004969 00000 н. 0000005081 00000 н. 0000005428 00000 н. 0000005541 00000 н. 0000006981 00000 п. 0000007114 00000 н. 0000007580 00000 н. 0000008139 00000 п. 0000008673 00000 н. 0000009299 00000 н. 0000009554 00000 п. 0000009581 00000 п. 0000009890 00000 н. 0000010139 00000 п. 0000010271 00000 п. 0000010298 00000 п. 0000010865 00000 п. 0000010997 00000 п. 0000011153 00000 п. 0000011405 00000 п. 0000011772 00000 п. 0000011889 00000 п. 0000012003 00000 п. 0000012308 00000 п. 0000012566 00000 п. 0000012953 00000 п. 0000013119 00000 п. 0000013626 00000 п. 0000016276 00000 п. 0000016346 00000 п. 0000016453 00000 п. 0000017887 00000 п. 0000018149 00000 п. 0000043359 00000 п. 0000047143 00000 п. 0000058107 00000 п. 0000058361 00000 п. 0000058477 00000 п. 0000070192 00000 п. 0000070448 00000 п. 0000070877 00000 п. 0000071350 00000 п. 0000095214 00000 п. 0000095299 00000 п. 0000095369 00000 п. 0000095473 00000 п. 0000114241 00000 н. 0000114513 00000 н. 0000114838 00000 н. 0000115206 00000 н. 0000115686 00000 н. 0000115856 00000 н. 0000115931 00000 н. 0000116261 00000 п. 0000146246 00000 н. 0000146680 00000 н. 0000146943 00000 н. 0000171050 00000 н. 0000171120 00000 н. 0000171147 00000 н. 0000171481 00000 н. 0000180414 00000 н. 0000180670 00000 н. 0000181063 00000 н. 0000219664 00000 н. 0000219703 00000 п. 0000001816 00000 н. трейлер ] / Назад 5118455 >> startxref 0 %% EOF 304 0 объект > поток hb«f`0a`g` ea @

Характеристики переключения тиристора — Примечания для проектирования

Характеристики переключения тиристора: Тиристор подвергается воздействию различных напряжений или токов во время процессов включения и выключения.Из-за изменения приложенного напряжения и тока мы получаем переключающуюся или динамическую или выключенную характеристику тиристора. Для надежного и экономичного проектирования схем преобразователей, содержащих тиристор, исследование коммутационных характеристик тиристора имеет жизненно важное значение.

Здесь мы обсудим коммутационные или двухпозиционные характеристики тиристора в двух разделах. В первую очередь речь пойдет о характеристиках переключения тиристоров при включении, а затем при выключении.

Характеристики переключения тиристора при включении

Для запуска тиристора или для того, чтобы тиристор работал в кондуктивном режиме, существуют различные методы. Одним из методов запуска тиристора является запуск затвора, при котором тиристор с прямым смещением заставляется работать в тиристоре с прямым смещением, который заставляется работать в режиме прямой проводимости путем подачи положительного напряжения затвора на вывод затвора и катод.

При срабатывании тиристора существует определенная задержка по времени между переходом из режима прямой блокировки в режим прямой проводимости.Возникшая задержка называется временем включения тиристора.

Рисунок (a): Характеристики переключения формы сигнала тиристора

Для обсуждения характеристик переключения тиристора во время включения время включения дополнительно делится на время задержки (t _d ), время нарастания (t _r ) и время расширения (t _p ).

1. Время задержки (t

_d )

Требуется время, чтобы ток затвора достиг 0,9-кратного значения I _g с момента подачи тока затвора.Конечное значение тока затвора — Ig.

Другими словами, это время, за которое анодный ток достигает 0,1-кратного значения I _a . Здесь I _a — окончательное значение анодного тока.

Кроме того, время задержки (t _d ) — это время, которое требуется для снижения анодного напряжения с _до до 0,9 раз в _a , где V _a — начальное значение анодного напряжения.

Это также может быть определено в терминах пересылки тока утечки для увеличения от прямого тока утечки до 0.1 раз I .

Из рисунка (а) видно, что тиристор изначально находится в режиме блокировки пересылки, когда анодное напряжение равно 0 А, а анодный ток представляет собой прямой ток утечки, который очень мал.

Начало процесса включения определяется ростом анодного тока и падением анодного напряжения. Время задержки (t _d ) можно уменьшить либо путем приложения высокого тока затвора, либо большего прямого напряжения на аноде и катоде.Эта временная задержка составляет несколько микросекунд (мкс).

2. Время нарастания (t

_r )

Время нарастания — это продолжительность, в течение которой анодный ток возрастает с 0,1 I _a до 0,9 I _a. I _a — окончательное значение анодного тока.

В качестве альтернативы, это время, в течение которого напряжение прямой блокировки или анодное напряжение падает с 0,9 В _a до 0,1 В _a , а V _a является начальным значением (OA на рисунке a) анодного напряжения.

Время нарастания может быть уменьшено путем приложения большого количества тока затвора, поскольку оно обратно пропорционально величине и скорости нарастания тока затвора.

Кроме того, применение крутого импульса тока затвора к выводу затвора SCR уменьшает время нарастания.

Характер анодной цепи в основном определяет время нарастания.

В условиях последовательной цепи RL индуктивный эффект вызывает медленную скорость нарастания тока (di / dt), а время задержки (t _r ) больше для такой цепи.Однако для последовательной цепи RC скорость нарастания тока высока и, следовательно, t _r меньше.

В этот период мощность высокая, что можно увидеть на рисунке а. Это связано с более высоким значением как V _a , так и I _a в этот период.

3. Время распространения (t

_p )

Продолжительность времени, в течение которого анодный ток возрастает с 0,9I _a до I _a или анодное напряжение падает с 0,1 В _a до падения напряжения в открытом состоянии.Падение напряжения в открытом состоянии составляет от 1 до 5 В. Время распространения зависит от конструкции затвора и площади катода.

Характеристики переключения тиристора при выключении

Выключение тиристора указывает на изменение рабочего состояния тиристора из режима прямого проводника в режим прямой блокировки или, простыми словами, из включенного состояния в выключенное. Когда тиристор возвращается в выключенное состояние, он должен быть способен блокировать прямое напряжение.

Процесс выключения

Процесс выключения также называется процессом коммутации и представляет собой процесс перевода тиристора из режима прямой проводимости в режим блокировки передачи.

Выключение тиристора возможно только в том случае, если анодный ток снижен ниже тока удержания.

В момент, когда анодный ток доведен до нуля и существует прямое напряжение на тиристоре, тиристор переходит в режим проводимости, хотя ток затвора не подается. Поскольку в этот момент SCR не сможет блокировать прямое напряжение, поскольку четыре слоя SCR все еще находятся в благоприятном состоянии для проведения тока.

Чтобы выключить тиристор и исключить такую ​​ситуацию, на тиристор необходимо в течение некоторого времени после того, как анодный ток достигнет нуля, на тиристор должно подаваться обратное смещенное напряжение.

Время выключения (t

_q )

Продолжительность времени с момента, когда анодный ток падает до нуля, и до момента, когда тиристор восстанавливает свою способность прямой блокировки, называется временем выключения (t _q ).

Время выключения может быть дополнительно изучено по двум классификациям: время обратного восстановления (t _rr ) и время восстановления затвора (t _gr ) .

Во время периода выключения избыточные носители из четырех слоев тиристоров удаляются, так что он восстанавливает свою способность прямого блокирования.

1. Время обратного восстановления (t

_rr )

Из рисунка видно, что время восстановления t _rr делится на моменты t ₁ , t _2, и t ₃ .

В момент t ₁ анодный ток равен нулю и начинает нарастать в отрицательном направлении с крутизной, такой же, как в процессе коммутации. Ток обратного восстановления, протекающий после t ₁ , возникает из-за вытеснения носителей из верхнего p-слоя и нижнего n-слоя SCR.Этот ток обратного восстановления отвечает за удаление носителей заряда из переходов J ₁ и J ₃ .

В момент t ₂ около 60% носителей уносятся из J ₁ и J ₃ , и плотность носителей начинает уменьшаться, в результате чего ток начинает спадать.

Спад тока обратного восстановления вызывает скачок напряжения на тиристоре, который может повредить его. Следовательно, для защиты используется демпферная цепь.

В течение интервала времени от t ₁ до t ₃ , то есть времени обратного восстановления (t _rr ), излишки носителей переходов J ₁ и J ₃ удаляются. Однако носители заряда по-прежнему задерживаются вокруг перехода J ₂ , которые удаляются в течение интервала времени восстановления затвора (t _gr ).

2. Время восстановления ворот (t

_gr )

Вокруг перехода (J ₂ ) находятся захваченные носители заряда.Этот переход находится во внутреннем слое тиристора, и носители не могут вытекать во внешнюю цепь, и эти дополнительные носители заряда должны быть удалены в процессе рекомбинации.

Промежуток времени между t ₃ и t ₄ , в течение которого дополнительные носители заряда вокруг J ₂ рекомбинируют, известен как время восстановления затвора (t _gr ).

Общее время выключения тиристора составляет от 3 до 100 мкс. Тиристоры классифицируются по времени выключения на тиристоры инверторного и преобразовательного типа.

Однофазный полупреобразователь

SCR инверторного класса имеет время выключения (t _q ) порядка от 3 до 50 мкс, а SCR преобразователя имеет время выключения (t _q ) порядка 50-100 мкс.

Фактически, тиристоры являются частью схемы силовой электроники или силовой цепи. Время выключения (t _q ) применимо только к одному SCR, но в реальной силовой цепи время выключения (t _q ) обеспечивается временем выключения схемы (t _c ).

Время выключения схемы (t _c ) больше, чем время выключения (t _q ) для правильной коммутации, в противном случае мы можем столкнуться с отказом коммутации.

то есть t _c > t _q .

---

ИНЖЕНЕРНЫЕ ЗАМЕТКИ В ИНТЕРНЕТЕ

Транзистор как усилитель | Инженерные заметки онлайн

---

КЛИМАТ И ЭНЕРГЕТИКА

Работа типового фотоэлектрического элемента

Его работа, типы и применение — все о технике

Что такое тиристор (SCR)? Как они работают, их типы и области применения

Тиристор — это твердотельное полупроводниковое коммутационное устройство.Это бистабильный переключатель , который работает в двух стабильных состояниях; непроводящее и проводящее состояние. Они считаются идеальным переключателем, но на практике у них есть некоторые ограничения, основанные на их характеристиках. В основном они используются в цепях большой мощности.

Тиристоры представляют собой семейство полупроводниковых устройств, которое состоит из четырех слоев чередующихся подложек P-типа и N-типа. SCR — член семейства тиристоров. Обычные тиристоры (SCR) разработаны без функции отключения затвора, из-за чего они переключаются из проводящего в непроводящее состояние только тогда, когда ток доведен до нуля.Однако запорные тиристоры предназначены для управления обоими его состояниями.

Тиристоры

имеют более низкие потери в открытом состоянии и высокую управляемую мощность по сравнению с транзисторами. Однако они имеют низкую скорость переключения и более высокие потери переключения.

Тиристор

Это четырехслойное полупроводниковое переключающее устройство PNPN с тремя P-N переходами. Имеет три терминала; два основных вывода , анод и , катод и контрольный вывод, называемый затвором .

Символ

Символ тиристора напоминает диод, потому что оба они позволяют току течь в одном направлении, за исключением того, что тиристоры управляются входом внешнего затвора.

Структура

Он состоит из четырех слоев подложки чередующегося типа P и N, как показано на рис. Анодный вывод прикреплен к внешнему материалу P-типа, а вывод катода — к материалу N-типа на противоположном конце. Вывод затвора прикреплен к материалу P-типа рядом с выводом катода.Есть три перехода j1, j2 и j3 последовательно от анода, показанного на рис.

Подробнее о: Различия между конденсатором и батареей

Структура тиристора может быть разделена на два NPN и PNP BJT , как показано на рис. 2. Эта структура представляет собой два BJT, затвор и коллекторы которых соединены друг с другом в петлю, как показано на рис. 3.

Состояния тиристора:

Тиристоры имеют три состояния.

1. Режим прямой блокировки : когда есть положительное напряжение между анодом и катодом, но нет входа затвора, чтобы перевести тиристор в состояние проводимости.

2. Режим прямой проводимости: , когда тиристор переводится в состояние проводимости, и прямой ток поддерживается выше «тока удержания».

3. Обратный режим блокировки: Когда на анод по отношению к катоду приложено отрицательное напряжение, тиристор блокирует ток, как обычный диод.

Работа тиристора

Блокировка вперед

Когда на его анод относительно его катода подается положительное напряжение, переход J1 и J3 становится смещенным в прямом направлении. Переход J2 становится обратным смещением. Поскольку переход J2 имеет обратное смещение, тиристор не проводит ток и остается в закрытом состоянии. Это известно как «режим прямой блокировки , ». Тем не менее, все еще существует ток утечки, известный как «ток в закрытом состоянии, ».

Прогнозная динамика

Если приложенное напряжение анод-катод очень сильно возрастет до определенного предела, это приведет к разрыву перехода обратного смещения j2. Это явление известно как «лавинный пробой », а это напряжение называется «напряжением прямого пробоя ».

После пробоя тиристор включится, что приведет к пропусканию большого прямого тока, поскольку переходы J1 и J2 уже находятся в прямом смещении. На практике этот тип переключения может быть деструктивным, и прямое напряжение следует поддерживать ниже напряжения пробоя.

Ворота переключения

Правильный способ включения тиристора — это подача положительного импульса напряжения на его затвор относительно катода. Переход J2 станет прямым смещением. Тиристор переключится в состояние проводимости, потому что все три перехода J1, J2 и J3 смещены в прямом направлении.

В состоянии проводимости тиристор действует как диод. Он будет проводить ток непрерывно без какого-либо внешнего управления. Он не может выключиться, пока (a) не будет снято прямое напряжение или (b) ток через тиристор не уменьшится до уровня, известного как « удерживающий ток ».

Тиристор — фиксирующее устройство. Когда он запускается с помощью входа строба, устройство остается заблокированным во включенном состоянии. Чтобы оставаться в состоянии проводимости, не требуется постоянное питание затвора. Однако есть загвоздка; анодный ток не должен уменьшаться от предела, известного как « фиксирующий ток ». «Ток фиксации » больше, чем «удерживающий ток ».

Блокировка обратного хода

Когда на анод относительно катода подается отрицательное напряжение, переход J2 становится смещенным в прямом направлении, но переходы J1 и J3 остаются смещенными в обратном направлении.Следовательно, тиристор не проводит ток. Это состояние известно как «состояние обратной блокировки, ». Тем не менее, все еще существует ток утечки, известный как «ток обратной утечки , ».

Также читайте: Трансформатор и его работа, характеристики и применение

Методы включения

Обычно тиристор включается за счет увеличения анодного тока. Этого можно добиться разными способами. Эти методы включения зависят от различных параметров тиристора и его характеристик для конкретных приложений.Но некоторые из них разрушительны, и их следует избегать или защищать устройство от них.

1) Высокое напряжение

При увеличении прямого анодно-катодного напряжения больше, чем его «напряжение прямого пробоя », тиристорный переход выйдет из строя. Это приводит к сильному протеканию тока, который переводит его в состояние проводимости. Этот тип включения является деструктивным, и его следует избегать.

2) Ток затвора

Когда тиристор смещен вперед i.е. напряжение на анодной клемме больше, чем на катодной клемме. Приложение положительного напряжения затвора по отношению к катодному выводу обеспечит ток затвора, достаточный для включения устройства.

3) Тепловой

Тепло может переключить тиристор в состояние проводимости. Если его температура достаточно высока, он будет производить электронно-дырочные пары, что приведет к увеличению тока утечки. Обычно такого типа включения избегают. Потому что это может привести к тепловому выходу из строя ; процесс, при котором сильный ток из-за высокой температуры, в свою очередь, высвобождает больше тепловой энергии и неконтролируемо создает положительную обратную связь.

4) Свет

Так же, как фотодиоды, если свет (фотоны) достигает контактов тиристора, он производит электронно-дырочные пары. Эти электронно-дырочные пары приводят к увеличению тока и, в конечном итоге, переключению тиристора в состояние проводимости.

5) дв / дт

dv / dt — скорость изменения напряжения во времени. Как известно, переходы обладают емкостным сопротивлением. Таким образом, если скорость нарастания напряжения между анодом и катодом достаточно высока, он может заряжать емкостный переход, чтобы перевести тиристор в состояние проводимости.Однако у них есть максимально допустимый предел для dv / dt. Увеличение dv / dt от указанного предела может привести к выходу устройства из строя.

Также читайте: Идеальный трансформатор и его характеристики

Отказ тиристора и его защита

di / dt Защита

Di / dt — скорость изменения тока во времени. Тиристор необходимо защитить от быстрорастущих всплесков тока. После переключения требуется минимальное время, чтобы равномерно установить ток во всех переходах.В противном случае быстро нарастающий ток во время переключения может повредить переход из-за чрезмерного нагрева, и в конечном итоге устройство выйдет из строя.

Di / dt можно ограничить с помощью индуктора. Таким образом, индуктор используется в серии для ограничения di / dt анодного тока.

Дв / ДТ Защита

Как мы знаем, если мы приложим быстро нарастающее напряжение между анодом и катодом тиристора, он может включиться без входа затвора.Но мы пока не хотим включать устройство.

В таком случае параллельно используется конденсатор , который ограничивает быстро нарастающее напряжение. Конденсатор будет заряжаться и разрядиться при включении тиристора. Чтобы ограничить ток разряда конденсатора, последовательно с ним используется резистор . Такая схема, которая подавляет скачки напряжения, известна как Snubber .

Также читайте: Как проверить конденсатор? Использование различных методов

Типы тиристоров

1) Тиристор с фазовым регулированием (SCR)

Тиристор с фазовым управлением, также известный как кремниевый выпрямитель ( SCR ), включается путем подачи тока затвора, когда он находится в прямом смещении.у него нет возможности выключения. Итак, он отключается, когда анодный ток достигает нуля.

2) Двунаправленный тиристор с фазовым управлением (BCT)

BCT использует два тиристора ( SCR ) в антипараллельной конфигурации в одном устройстве. Он имеет два отдельных вывода ворот; по одному на каждый тиристор. Один из выводов затвора включает ток в прямом направлении, а другой вывод затвора включает ток в обратном направлении.

3) Тиристор с быстрым переключением (SCR)

Обычно это выпрямители с кремниевым управлением (SCR), но они имеют высокую скорость переключения.Он использует резонансный инвертор для принудительной коммутации. Он также известен как тиристор инвертора .

4) Светоактивированный кремниевый выпрямитель (LASCR)

LASCR запускается с помощью источника света , такого как LED и т. Д. Световые (фотонные) частицы при попадании на переход образуют пары электрон-дырка, которые запускают ток, отбрасывающий устройство.
LASCR электрически изолирует цепь высокой мощности от цепи источника света.

5) Двунаправленный триодный тиристор (TRIAC)

TRIAC использует два SCR, соединенных в антипараллельной конфигурации с общим выводом затвора. Он может проводить в обоих направлениях, и они используются для управления фазой в приложениях переменного тока. У него нет анодных и катодных клемм. Так что его можно использовать в любом направлении.

TRIAC включается подачей положительного и отрицательного стробирующего импульса. Когда TRIAC подключен к источнику переменного тока, положительный импульс затвора запускает устройство на полупериод, а отрицательный импульс затвора — на другой полупериод.

6) Тиристор с обратной проводимостью (RCT)

RCT может работать в обратном направлении без какого-либо управляющего воздействия. Он состоит из SCR с диодом в антипараллельной конфигурации для обратной проводимости токов реактивной нагрузки. Он используется в приложениях, где обратная блокировка не требуется. Однако он имеет более низкое номинальное обратное напряжение, чем его номинальное значение прямого напряжения. Из-за обратного потока тока он позволяет RCT относительно быстро отводить свои носители от своего перехода, обеспечивая высокую высокую скорость переключения .

Подробнее о: Различия между синхронным и асинхронным двигателем

7) Тиристор отключения затвора (GTO)

GTO включается как любой нормальный тиристор, подавая положительное напряжение затвора. Однако его можно отключить, подав отрицательное напряжение затвора. Это устройство без фиксации; для поддержания состояния проводимости требуется минимум 1% импульса включения.

8) Тиристор с управлением на полевых транзисторах (FET-CTH)

FET-CTH использует SCR с MOSFET .МОП-транзистор подключен к его клемме затвора. Когда на затвор полевого МОП-транзистора подается достаточное напряжение около 3 В , он обеспечивает необходимый пусковой ток на затвор SCR .

FET-CTH не имеет возможности отключения затвора. Он обеспечивает гальваническую развязку между управляющим входом и выходной цепью.

9) MOS Тиристор отключения (MTO)

В тиристоре такого типа используется комбинация GTO и MOSFET . MTO работает так же, как GTO , но ограничением GTO является требование высокого импульсного тока для его выключенного состояния. MTO преодолевает это ограничение, используя MOSFET для функции выключения. MOSFET активируется, обеспечивая только уровень напряжения сигнала.

MTO имеет два терминала затвора; ворота включения и ворота выключения. Для включения МТО на пусковой вентиль подается импульс тока, который фиксирует устройство. Для выключения устройства на запирающий вентиль подается импульс напряжения.

10) Тиристор выключения эмиттера (ETO)

ETO также использует комбинацию GTO и MOSFET . Он состоит из двух N-MOSFET, P-MOSFET и GTO. N-MOS подключается последовательно со своим катодным выводом, а P-MOS подключается между затвором и катодным выводом SCR.

Имеет два зажима для ворот; нормальный терминал затвора для включения и другой терминал затвора для выключения, соединенный с последовательным N-MOSFET.Он включается подачей положительного напряжения затвора на оба затвора, что приводит к включению N-MOS и выключению P-MOS. Он выключается путем подачи отрицательного напряжения на затвор N-MOS, обеспечивая прохождение остаточной несущей через P-MOS, что также обеспечивает быстрое переключение.

Подробнее: разница между Arduino и Raspberry Pi

11) Интегрированный тиристор с коммутацией затвора (IGCT)

IGCT объединяет тиристор с коммутацией затвора ( GCT ) с многослойной печатной платой для схем управления затвором.

GCT — это устройство с жесткой коммутацией, которое использует очень быстро нарастающий и большой импульс тока для отвода всего тока от катода, чтобы обеспечить быстрое отключение . Он имеет встроенный диод для проведения реактивной нагрузки.

IGCT включается, обеспечивая ток затвора. Он отключается многослойной печатной платой, которая обеспечивает быстро нарастающий большой ток примерно 4 КВ / мкс. Он отводит весь ток от катода и сразу отключается.

Приложения

Основное применение тиристоров — управление цепями большой мощности.
• Они находят применение в источниках питания для цифровых схем.
• Контроллеры скорости двигателя переменного и постоянного тока состоят из тиристоров.
• Тиристор также используется в диммерах.

Вы также можете прочитать:

Тиристорные устройства защиты от перенапряжения (TSPD) Интернет-магазин

Дополнительная информация о силовых тиристорах…

Что такое силовой тиристор?

Тиристор или кремниевый выпрямитель (SCR) — это твердотельный компонент, который используется для переключения и управления потоком электрического тока. Из-за прочности тиристоров они часто используются в приложениях с большими токами. Тиристоры начнут проводить ток, когда они получат определенное напряжение на своем выводе затвора, и продолжат проводить ток даже после того, как это напряжение будет снято с вывода затвора.Поэтому тиристоры используются в качестве регуляторов тока благодаря этим характеристикам, а также широкому диапазону номинальной мощности.

Типы силовых тиристоров

Существует много различных типов силовых тиристоров. В Future Electronics мы предлагаем многие из наиболее распространенных типов, которые классифицируются по напряжению в открытом состоянии, напряжению в закрытом состоянии, току в рабочем состоянии, току в закрытом состоянии, максимальному току срабатывания затвора, типу упаковки и максимальному среднеквадратичному току в открытом состоянии. Параметрические фильтры на нашем веб-сайте могут помочь уточнить результаты поиска в зависимости от требуемых характеристик.

Наиболее распространенные значения для напряжения в открытом состоянии — 1,55 В и 1,6 В. Мы также предлагаем силовые тиристоры с напряжением в открытом состоянии до 1,75 кВ. Напряжение в закрытом состоянии может находиться в диапазоне от 30 В до 2200 В, при этом 600 В является наиболее распространенным значением.

Силовые тиристоры от Future Electronics

Future Electronics предлагает широкий выбор тиристоров полной мощности от нескольких производителей при поиске мощных тиристоров для тиристорной схемы симистора или для любых схем или приложений, в которых может потребоваться силовой тиристор.Просто выберите один из технических атрибутов силового тиристора ниже, и результаты поиска будут быстро сужены в соответствии с потребностями вашего конкретного применения силового тиристора.

Если у вас есть предпочтительный бренд, мы работаем с несколькими. Вы можете легко уточнить результаты поиска мощных тиристоров, щелкнув нужную марку мощных тиристоров ниже в нашем списке производителей.

Приложения для силовых тиристоров:

Силовые тиристоры используются в приложениях, где присутствуют высокие напряжения и токи.Обычно они используются для управления переменным током. Силовые тиристоры также могут использоваться в качестве элементов управления для фазных регуляторов.

Выбор правильного силового тиристора:

Когда вы ищете подходящие силовые тиристоры, с помощью параметрического поиска FutureElectronics.com вы можете фильтровать результаты по различным атрибутам: по напряжению в рабочем состоянии (800 мВ, 1,55 В , 1,6 В), напряжение в закрытом состоянии (30 В, 400 В, 600 В, 800 В,…) и максимальный ток срабатывания затвора (от 1 мкА до 150 А) и многие другие.

Вы сможете найти подходящие высокомощные тиристоры для ваших тиристорных схем симистора или для приложений, требующих силовых тиристорных схем.

Силовые тиристоры в упаковке, готовой к производству или количество для НИОКР

Если количество силовых тиристоров, которое вам требуется, меньше, чем полная катушка, мы предлагаем покупателям многие из наших силовых тиристоров в ламповых или отдельных количествах, которые помогут вам избежать ненужный излишек.

Кроме того, Future Electronics предлагает клиентам уникальную программу таможенных складских запасов, которая предназначена для устранения потенциальных проблем, которые могут возникнуть из-за непредсказуемых поставок продуктов, содержащих необработанные металлы, и продуктов с длительным или нестабильным сроком поставки.Поговорите с ближайшим к вам отделением Future Electronics и узнайте больше о том, как избежать возможного дефицита.

10 преимуществ тиристорного переключателя по сравнению с механическим переключателем

Тиристоры можно кратко охарактеризовать как кремниевый управляемый выпрямитель. Этот тиристор обладает коммутационной способностью, и для управления устройствами с большой нагрузкой доступны отдельные схемы переключения тиристоров. Обычно механические переключатели традиционно используются для управления оборудованием с большой нагрузкой. Но с введением триристорного переключения большинство традиционных механических переключателей были заменены переключателями на основе тиристоров.Существует проверенный метод, при котором тиристорные переключатели намного лучше механических переключателей. Здесь мы планируем обсудить несколько преимуществ тиристорного переключателя перед механическими переключателями.

1. Требуется меньше времени для работы

Обычно тиристорные переключатели занимают меньше времени по сравнению с операцией, потому что они не содержат каких-либо движущихся частей, поэтому сравните с типичным механическим переключателем, тиристоры переключают способность рабочей скорости намного выше.

2. Тиристоры потребляют очень мало энергии

Механические переключатели выделяют тепло из-за сопротивления внутренней катушки, что также вызывает некоторые потери мощности. Таким образом, тиристоры не имеют внутренних катушек, поэтому тиристоры потребляют очень мало энергии по сравнению с механическим переключателем. тиристоры обладают способностью управлять большей мощностью с помощью очень меньшего количества тока (иногда от нескольких микроампер до миллиампер)

3. Тиристоры могут применять большую частоту переключения

По сравнению с механическими переключателями, тиристорные переключатели получили емкость работать с большой частотой.Таким образом, есть некоторые применения, которые необходимы, если тиристорные переключатели с большей частотой работают лучше, чем механические переключатели.

4. Допустимая мощность тиристоров хорошая

Тиристоры небольшие по размеру, но по сравнению с размером, допустимая мощность намного выше, чем у механического переключателя. При механических переключателях выполняется меньшая энергоемкость тиристоров.

5. Электрическая безопасность тиристорных переключателей лучше, чем механических переключателей

Механические переключатели содержат много механических частей, когда более высокий ток подается на механические переключатели, возникает дуга, которая также очень вредна для системы.Но переключатель, управляемый тиристорами, может выдерживать больший ток без образования дуги, как это делает механический переключатель. Таким образом, переключатели с тиристорным управлением обеспечивают безопасность системы.

6. Тиристорные переключатели можно использовать там, где необходим большой контроль.

Преимущества работы тиристорного переключателя основаны на электрическом напряжении, и управление работой намного проще по сравнению с механическими переключателями. поэтому его очень легко использовать там, где требуется сложное управление.

7. Легко получить передаточную функцию.

Механические переключатели обычно не имеют таких паспортов или характеристик для получения каких-либо передаточных функций устройства. Но работа на основе тиристоров содержит технические данные производителя, поэтому получить передаточную функцию устройства действительно легко.

8. Тиристорные переключатели, не требующие технического обслуживания

Обычно эксплуатация и обслуживание механического переключателя включают удаление ржавчины и нанесение смазки.Но тиристор не требует такого жесткого обслуживания, как механический переключатель. Таким образом, стоимость обслуживания тиристора меньше.

9. Тиристорные переключатели могут применяться для надежных операций.

Тиристорный переключатель работает надежно, поэтому он может работать в течение более длительного периода с минимальной вероятностью ошибок. Таким образом, тиристорные операции намного надежнее механических переключателей.