Принцип действия тиристора: принцип работы, проверка и характеристики

Содержание

Тиристоры.

Довольно многочисленная группа приборов, предназначенная для коммутации. В некоторых из них малый ток позволяет переключать большой. В некотором смысле это аналог механического выключателя .

В эту группу входят следующие приборы.

— Динисторы, неуправляемые переключатели. Состояние определяется только величиной приложенного напряжения. Электроды называются «Анод» и «Катод», рис.1.

Рис. 1 Обозначение динистора

— Тринисторы, именно их и называют не совсем корректно тиристорами. Это управляемые переключатели, имеющие управляющий электрод (УЭ). Небольшой ток этого электрода осуществляет коммутацию большого тока протекающего по аноду и катоду. Управление может осуществляется по к атоду а) и по аноду б), рис.2.

А К

Uупр

УЭ а)

УЭ

Рис.2 Управляемые тиристоры

— Симисторы, симметричные тиристоры, не требуют для работы определенной полярности напряжения. Имеются неуправляемые а) и управляемые б).

Рис. 3. Симисторы

Кроме того, имеются тиристоры с двумя управляющими электродами, фототиристоры, тиристоры, работающие на включение и выключение и др.

Принцип действия тиристора.

На рис. 4 показана структура динистора, неуправляемого тиристора. Подадим на анод положительное напряжение.

Рис. 4. Структура динистора.

Эмиттерные переходы ЭП1 и ЭП2 открываются и через них начинается движение носителей; электроны из эмиттера Э1 инжектируют в базу Б1, а дырки подобное движение совершают в базу Б2. Базы имеют небольшую толщину, коллекторный переход смещен в обратном направление и на нем возникает значительная напряженность электрического поля. Это поле определяет дальнейшее положение инжектированных зарядов. Электроны под действием поля будут выводится в базу Б2 и та задерживаться электрическим полем, хотя и небольшим, эмиттерного перехода ЭП2. В результате в базе Б2 образуется отрицательный неравновесный заряд. Подобным же образом в базе Б1 образуется положительный неравновесный заряд дырок.

Накопление зарядов в базах при определенной величине последних приводит к открытию коллекторного перехода. Этот процесс эквивалентен включению дополнительного источника на коллекторный переход КП. Его открытие приводит к увеличению тока через структуру, что увеличивает неравновесные заряды, что опять же таки увеличивает ток и т. д. Таким образом процесс включения динистора идет лавинообразно, ток сам себя увеличивает. Это положительная обратная связь. возникающая не за счет обратных связей а из за физических процессов в структуре.

Существует еще причина увеличения тока, как то явления пробоя коллекторного перехода, что способствует рассмотренному явлению.

Эти процессы формируют Вольт – Амперную характеристику динистора, которая показана на рис. 5. На ней можно выделить три характерных участка.

Участок 0-1, тиристор выключен, ток весьма небольшой и определяяется обратно смещенным коллекторным переходом. Как и в транзистора это ток неосновных носителей I0.

Участок 1-2. Здесь в точке Uвкл начинается процесс накопления неравновесных зарядов в базе, начинается лавинообразное нарастание тока. Это участок перехода в открытое состояние.

Участок 2-3. Тиристор открыт, все три перехода открыты. Это участок открытого состояния, по характеру ВАХ он напоминает характеристику диода, только с тем отличием, что здесь три последовательно включенных диода (два ЭП и один КП).

Рис. 5. ВАХ динистора

Параметры динистора, которые приводятся обычно в справочнике, следующие.

1. Uвкл — напряжение включения, имеет величину 50 -150 В, что затрудняет совместную работу динистора и транзистора.

2. Imin – минимальный ток удерживает открытое состояние.

3. Uост – остаточное напряжение (три последовательно включенных диода 1.5-2 В).

4. Imах – максимальный ток, который может пропустить динистор

5. τвкл/выкл – быстродействие тиристора.

Управляемый тиристор (тринистор или просто тиристор) отличается тем, что одна из средних областей (одна из баз) имеет отдельный вывод и называется управляющим электродом, рис. 6. Его роль следующая. Управляющее напряжение Uупр открывает эмитттерный переход (см. Рис. 2, 6), за счет чего накопление неравновесного заряда, необходимого для открытия КП, происходит при меньших напряжениях на аноде. В принципе, чем больше ток в цепи управляющего электрода, тем больше неравновесный заряд в базе и тем меньше требуется тока а, следовательно, и напряжения для открывания тиристора. Происходит снижение напряжения включения, Uвкл (см. рис. 5). Управляющий ток , при котором Uвкл =Uост называется током спрямления, а сама ВАХ спрямленной.

Рис. 6 Структура управляемого тиристора

Таким образом, достигается основная цель – согласование по рабочим напряжениям транзисторов и тиристоров. ВАХ управляемого тиристора при различных токах управления Iуп приведена на рис. 7.

Ia

Uост

Спрямленная характеристика

Iy3 > Iy2 > Iy1

0

I

0

Ua

Рис. 7. Вольт-Амперная характеристика тиристора

После открытия тиристора по структуре идут большие токи. Выключить тиристор можно только снижением анодного напряжения, при котором ток анода будет меньше, чем требуется для поддержания открытого состояния. Однако существуют тиристоры работающие на выключения, но они требуют больших токов по управляющему электроду. Параметры тиристора следующие.

  1. Допустимое напряжение на аноде Ua доп.

  2. Прямой максимальный ток I а доп (имеет большую величину, так как малое остаточное Uост обеспечивает небольшую мощность рассеиваемую кристаллом).

  3. Остаточное напряжение Uост.

  4. Ток спрямления Iу спр по цепи управляющего электрода.

  5. Допустимое обратное напряжение.

  6. Параметры характеризующие быстродействие τ

    вкл и τвыкл.

Область применения тиристоров – силовая электроника. Это электропривод, переключатели в силовых цепях, выпрямители и т. д. На рис. 8 приведена упрощенная схема выпрямителя с импульсным регулирование напряжения.

Uупр

+ —

220В Rн

Рис. 8. Тиристор в схеме выпрямителя.

Схема работает следующим образом. На тиристор подается переменное синусоидальное напряжение, но откроется он только при двух условиях:

— при положительной полуволне напряжения на аноде,

— при подаче импульса на управляющий электрод.

Эти процессы показаны на рис. 9. При отрицательной полуволне на ано-

Рис. 9. Работа регулируемого выпрямителя.

де тиристора он закроется и в нагрузке появятся однополярные импульсы тока, в которых имеется постоянное напряжение. Идея регулирования заключается в следующем. Если сдвигать во времени управляющие импульсы, то будет меняться длительность тока в нагрузке и, следовательно, и выпрямленное напряжение. При сдвиге влево напряжение растет, вправо – уменьшается.

Полупроводниковые источники света.

Область применения: волоконно-оптические системы связи, средства индикации и вывода информации, оптроны.

Имеется два вида полупроводниковых источников света:

— светоизлучающие диоды (СИД),

— полупроводниковые лазеры (ПЛ).

Светоизлучающий диод

Структура светоизлучающего диода приведена на рис. 10. При прямом напряжении начинается инжекция носителей из эмиттера в базу, в нашем примере это дырки.

Рис.10. Структура светодиода

Дырочный ток в базе постепенно уменьшается за счет рекомбинации с электронами, которых в базе достаточно много. Изменение дырочного тока показано на рис. 11.

Рис. 11. Ток дырок в базе.

При рекомбинации выделяется энергия. Обычно светодиоды изготавливают из арсенида галлия GaAs и GaAlAs.

В этом материале возникает световое излучение – поток фотонов, то-есть выделяется световая мощность. Параметры излучения зависят от ширины запрещенной зоны материала. На рис. 12 показана зонная диаграмма полупроводника. При рекомбинации свободный электрон «спускается » из зоны проводимости в валентную зону и это сопровождается излучением кванта энергией равной ширине запрещенной зоны, Wк=ΔW. Но по закону Энштейна Wк=hν=hc/λ, где:

h – постоянная Планка,

ν – частота излучения,

с – скорость света,

λ – длина волны излучения.

Рис. 12. Зонная диаграмма полупроводника.

Поскольку все это привязано к ширине запрещенной зоны, излучение носит избирательный характер, спектральная характеристика светодиода приведена на рис. 13.

Рис. 13 Спектральная характеристика СИД.

Несколько замечаний по ней.

— Длина волны максимального излучения зависит от материала. Для индикации применяют светодиоды желтого и красного свечения.

— Характеристика свидетельствует о широкой полосе излучения. Это объясняется различной энергией электронов в зоне проводимости и энергетические уровни, между которыми осуществляется переход, различны.

— Переход электронов на нижние уровни осуществляется не согласованно, хотя каждый и дает квант энергии. Это некогерентный источник света.

— В конструкции СИД имеется обычная фокусирующая линза.

Имеются и другие параметры светодиода.

1. Мощность излучения, обычно Р

из = 1-10 мВт.

2. Вольт – Амперная характеристика, напоминает характеристику диода, но может иметь большую величину порогового напряжения.

3. Модуляционная характеристика, рис. 14, зависимость мощности излучения от прямого тока.

Рис. 14. Модуляционная характеристика

Рабочий участок линейный, но при больших токах происходит насыщение центров рекомбинаций и мощность не увеличивается.

4. Имеются параметры быстродействия, время включения и время выключения. Обычно эти времена позволяют работать на частотах до 200 МГц.

5. Деградация. Со временем происходит перемещение атомов примесей в кристалле и начинают увеличиваться безизлучательные переходы при рекомбинации и мощность излучения снижается. СИД работает 104 – 105 часов (6-8 лет).

Наилучшие параметры имеют светодиоды, изготовленные на основе гетеропереходов, например, GaAlAs-p и GaAs-n (Рис. 15).

Рис. 15. Гетеропереход

В таких структурах преобладающее движение носителей заряда одного типа не связано с примесью, как в гомопереходе. В результате инжекция сохраняется при больших плотностях тока через переход и модуляционная характеристика линейна в широком диапазоне (рис. 14). Другая особенность связана с различием оптических свойств базы и эмиттера. Напомним , что носители идут из эмиттера в базу и та рекомбинируют. База – активная область и далее из нее надо вывести излучение с минимальными потерями. В гетероструктурах излучение выводится через эмиттер, который дает малое ослабление и обладает широкой полосой пропускания.

Полупроводниковый лазер.

Теория лазера хорошо изложена на сайте naf-st.narod.ru. Воспользуемся ими.

Для эффективного использования света в технике связи и других областях науки и техники надо добиться синхронного и синфазного (одинакового по фазе) излучения атомов, т. е. так называемого когерентного излучения. Впервые идею такого излучения высказал в 1939 г. советский ученый В. А. Фабрикант. Можно представить себе следующую упрощенную схему получения когерентного излучения. Допустим, имеется цепочка атомов, вытянутая в прямую линию. Если все эти атомы находятся в возбужденном состоянии, то внешний фотон, ударив в крайний атом по направлению вдоль цепочки, вызовет излучение фотона из этого атома, причем излученный фотон будет иметь такую же энергию и то же направление излучения, что и ударивший фотон. Таким образом, будут двигаться уже два одинаковых фотона. Один из этих фотонов ударит в следующий атом, который даст излучение ещё одного такого же фотона. Начинается движение уже трех одинаковых фотонов. Точно так же происходит излучение четвертого фотона и т. д. В результате световой поток усиливается в огромное число раз. Теоретически коэффициент усиления может достигать значения — 1020. Важно, что в результате такого усиления будет двигаться огромная армия фотонов, имеющих одинаковую энергию и одинаковое направление движения, т. е. излучение будет когерентным. Рассмотренная схема получения когерентного излучения является весьма упрощенной, но зато она наглядно поясняет принцип усиления света.

Реально же кроме атомов, находящихся в возбужденном состоянии и способных дать когерентное излучение под действием фотонной бомбардировки, всегда имеются и атомы, находящиеся в основном, невозбужденном состоянии. Эти атомы поглощают энергию ударивших в них фотонов и тем самым уменьшают энергию когерентного излучения, т. е. уменьшают усиление света.

Если число возбужденных атомов равно числу невозбужденных, то никакого усиления света не получится, так как число фотонов, поглощенных невозбужденными атомами, будет равно числу фотонов, излученных возбужденными атомами. Следовательно, для усиления света и получения когерентного излучения необходимо, чтобы число возбужденных атомов было больше числа атомов, находящихся в основном, невозбужденном состоянии. Другими словами, должна быть так называемая инверсия населенности энергитических уровней. В отличие от состояния, когда атомы не возбуждены и электроны находятся на основных орбитах (на более низких уровнях), необходимо в большинстве атомов «переселить» электроны на более удаленные от ядра орбиты (на более высокие уровни), т. е. возбудить большинство атомов. Конечно, чтобы усиление света происходило в течение необходимого промежутка времени, надо все это время сохранять инвертированное состояние вещества, т. е. все время должно быть большое количество возбужденных атомов. Для этого и надо к данному веществу, называемому активной средой или рабочим веществом, подводить тем или иным способом энергию, вызывающую возбуждение атомов. Такой процесс называется накачкой.

Вышерассмотренный процесс создания усилителя света получил название лазер.

Квантовый усилитель света можно превратить в генератор, если осуществить в нем положительную обратную связь, при которой часть энергии излучения с выхода возвращается на вход и снова усиливается. Идею создания таких генераторов когерентного света впервые, независимо друг от друга, выдвинули в 1953 г. Н. Г. Басов и А. М. Прохоров (СССР), а также американец Ч. Таунс, удостоенные Нобелевской премии за исследования в области квантовой электроники. Принцип лазера, иначе называемого оптическим квантовым генератором (ОКГ), можно пояснить следующим образом (рис. 16).

Рис. 16 — Принцип устройства лазера

В пространстве заполненном активной средой, между двумя зеркалами, одно из которых полупрозрачное (на рисунке зеркало 2), движется поток излучаемых атомами фотонов от конца 1 к концу 2. Большая часть этого потока проходит через полупрозрачное зеркало и излучается во внешнее пространство в виде когерентного луча. Небольшая часть потока отражается, движется обратно, усиливаясь по пути, затем отражается от зеркала 1, снова движется к зеркалу 2, где отражается частично, снова движется обратно и т. д..

Конечно, какой-то внешний источник энергии должен поддерживать инверсное состояние активной среды, и тогда через зеркало 2 все время будет излучаться когерентный поток фотонов.

Следует отметить, что система двух или нескольких зеркал, в пространстве между которыми могут существовать стоячие или бегущие электромагнитные волны оптического диапазона, называются открытым или оптическим резонатором. Простейший оптический резонатор, состоящий из двух плоских параллельных зеркал, называется иначе интерферометром Фабри-Перро.

Устройство и принцип действия тиристоров, их применение в современной коммутационной технике.

 

       Тиристором называется электропреобразовательный полупро­водниковый прибор с тремя или более р-ппереходами, исполь­зуемый для переключения, в вольт-амперной характеристике ко­торого имеется участок отрицательного дифференциального со­противления. Преимущества тиристоров следующие: малые масса и габарит­ные размеры, большой срок службы, высокий КПД, малая чув­ствительность к вибрациям и механическим перегрузкам, способ­ность работать при низких (прямых) и высоких (обратных) на­пряжениях, а также при очень больших токах.

       Основное свойство тиристоров, обеспечивающее ему самые разнообразные применения в автоматике, электронике и энерге­тике, — это способность находиться в двух устойчивых состояни­ях: закрытом и открытом. В закрытом состоянии сопротивление тиристора составляет де­сятки миллионов Ом и он практически не пропускает ток при напряжениях до 1000В; в открытом состоянии сопротивление тиристора незначительно. Падение напряжения на нем составляет около 1В при токах в десятки и сотни ампер. Переход тиристора из одного состояния в другое происходит за очень короткое вре­мя, практически скачком. Различают управляемые и неуправля­емые тиристоры (тринисторы и динисторы).

       Простейшим тиристором является динистор — неуправляемый переключающий диод, представляющий собой четырехслойную структуру типа р — п—р — п (рис.21). Переход динистора из од­ного состояния в другое осуществляется изменением значения или полярности напряжения на выводах.

Здесь, как и у других типов тиристоров, крайние р-п-перехо­ды называются эмиттерными, а средний р-п-переход — коллек­торным. Внутренние области структуры, лежащие между перехо­дами, называются базами. Электрод, обеспечивающий электри­ческую связь с внешней  п-областью, называется катодом, а с внешней р-областью — анодом.

 

Рис. 21

 

       При включении динистора по схеме, приведенной на (рис.21), коллекторный рппереход закрыт, а эмиттерные переходы открыты. Сопротивление открытых переходов малы, поэтому почти все напряжение источника питания приложено к коллекторному переходу, имеющему высокое сопротивление. В этом случае через тиристор протекает малый ток.

       Основное применение динисторов — схемы с ключевым ре­жимом работы. Существенным недостатком динистора является невозможность управлять напряжением включения, не изменяя внешнего напряжения. Этот недостаток устранен в управляемом тиристоре (тринисторе), в котором один из эмиттеров сделан уп­равляющим. Возможность управления напряжением переключе­ния в тринисторе осуществляется с помощью подачи напряжения на третий, управляющий, электрод (рис.22).

Рис. 22

 

       Управляющий электрод позволяет с помощью небольшого сиг­нала управления (импульса напряжения) переводить тиристор из закрытого состояния в открытое при неизменном (заданном) на­пряжении на основных электродах. Обратный переход из откры­того состояния в закрытое с помощью управляющего напряже­ния невозможен. Управляющий электрод может быть подключен к любой из баз тринистора. Использование той или иной базы приводит лишь к изменению полярности источника управляющего напряжения. Полярность управляющего напряжения должна быть такой, что­бы облегчалось включение тринистора.

       Тиристоры изготавливаются из кремния методом сплавления и диффузии или методом последовательной диффузии. Применение кремния при производстве тиристоров объясняется тем, что у кремния токи при обратном включении р-пперехода меньше, чем у германия. Кремний выдерживает более высокие температу­ры, что способствует более высокой стабильности параметров тиристоров. Промышленность выпускает в основном уп­равляемые тиристоры, поскольку они позволяют управлять на­пряжением включения, что расширяет области их практического применения. По внешнему виду тиристоры напоминают транзис­торы и диоды средней мощности.

       Тиристоры, как и транзисторы, оказались экономически эф­фективными при замене электронно-вакуумных устройств; их при­менение дало возможность решить ряд новых задач в электронике и электротехнике. Во многих случаях схемы с одним и тем же функциональным назначением могут быть собраны как на транзисторах, так и на тиристорах.

       Особой областью применения мощных и сверхмощных тирис­торов является электроэнергетика. Возможность создания малога­баритных, надежных и экономичных статических преобразовате­лей любых параметров тока открывает огромные перспективы для дальнейшего совершенствования систем передачи и распределе­ния электроэнергии, управления электроприводом и другими элек­тротехническими устройствами.

       Маркировка транзисторов и тиристоров осуществляется бук­венно-цифровым кодом. Стоящая на первом месте буква или цифра характеризует исходный полупроводниковый материал: Г (или 1) — германий; К (или 2) — кремний. Стоящая на втором месте буква определяет класс прибора: Т — биполярный транзистор; П — полевой транзистор; Н — динистор; У — тринистор. На третьем месте стоит цифра, определяющая параметры прибора (мощность, ток, диапазон частот). Далее следует двузначное число от 01 до 99, обозначающее номер разработки, и буква, указывающая разно­видность технологического типа.

 

Интегральные микросхемы.

     Транзисторы и другие полупроводниковые устройства благодаря их малым размерам и энергопотреблению сделали возможным уменьшение размеров электронных цепей. Следующим шагом в миниатюризации электронных устройств стали интегральные микросхемы, содержащие целые цепи (рис.23).

 

 

Рис.23

     Интегральная микросхема (ИС) – законченная электронная цепь в корпусе, размером со стандартный маломощный транзистор. Цепь состоит из диодов, транзисторов, резисторов и конденсаторов. ИС производят из полупроводниковых материалов и по той же технологии, что и транзисторы. ИС состоит из кристалла полупроводникового материала площадью примерно 1 см2. Использование ИС превратило компъютерные системы, которые занимали целые комнаты в портативные аппараты. Из-за малых размеров ИС потребляют малую мощность меньше 1 Вт при напряжении от 5 до 15В и токах в миллиамперы. Они имеют более высокие скорости работы ,чем стандартные транзисторные цепи из-за прямой связи внутренних компонентов и уменьшения времени перемещения электронов. ИС более надежны ,чем транзисторные цепи и проходят тестирование при сборке и после нее.

     Производство ИС унифицировано, что привело к снижению стоимости электронных устройств. Диоды и транзисторы самые легкие и миниатюрные компоненты ИС. Резисторы и конденсаторы более трудны в изготовлении и занимают больший объем при увеличении сопротивления и емкости. ИС неремонтопригодны, т.к. невозможно разъединить их элементы. Они не могут работать при высоких значениях токов и напряжений. ИС классифицируются по способу изготовления: монолитный, тонкопленочный, толстопленочный и гибридный. Основой( подложкой) ИС служит кремниевая пластина диаметром до 10 см2 и толщиной 0,25 мм. На подложке формируются сотни микросхем. После тестирования подложка разрезается на чипы, которые монтируются в отдельный корпус из керамики или пластмассы с двухрядным расположением выводов, как правило (DIP) (рис.24). Размеры ИС зависят от степени интеграции : малой и средней степени, большой степени интеграции (БИС), сверхбольшой (СБИС), Плоские корпуса меньше и тоньше, чем корпуса DIP. ИС используются в диапазоне от -55 до +125О С.

 

Рис.24

 

 

Контрольные вопросы:

 

1. Какие элементы и материалы относятся к полупроводниковым.

2. Какие типы проводимости присутствуют у полупроводников.

3. Принцип работы р-n перехода.

4. Устройство и назначение полупроводникового диода.

5. Работа однополупериодной схемы выпрямления.

6. Работа двухполупериодных схем выпрямления.

7. Работа трехфазных схем выпрямления.

8. Устройство и назначение полупроводникового транзистора.

9. Назначение сглаживающего фильтра.

10. Устройство и назначение полупроводникового тиристора.

11. Устройство и назначение полупроводниковых микросхем.

 

 

Список литературы и нормативных документов

1. Электротехника / Б.А. Волынский, Е.Н. Зейн, В.Е. Шатерников. Учебное пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1987.- 528 с.

2. Основы промышленной электроники: Учебник для неэлектротехнических специальностей вузов / В.Г. Герасимов, О.М. Князьков, А.Е. Краснопольский, В.В. Сухоруков. Под редакцией В.Г. Герасимова. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: В.Ш, 1986.- 336 с.

3. Электротехника: Учеб. пособие / Ф. Г. Китунович, С. Д. Зинчук. –М.:ЗАО «Техноперспектива», 2004. – 357 с.

4. Правила устройства электроустановок. (ПУЭ)

 

 

Тиристор: принцип работы

Тиристор представляет собой электронный силовой частично управляемый ключ. Этот прибор, с помощью сигнала управления может находиться только в проводящем состоянии, то есть быть включенным. Для того, чтобы его выключить, нужно проводить специальные мероприятия, которые обеспечивают падение прямого тока до нулевого значения. Принцип работы тиристора заключается в односторонней проводимости, в закрытом состоянии может выдержать не только прямое, но и обратное напряжение.

Свойства тиристоров

По своим качествам, тиристоры относятся к полупроводниковым приборам. В их полупроводниковой пластине присутствуют смежные слои, обладающие различными типами проводимости. Таким образом, каждый тиристор представляет собой прибор, имеющий четырехслойную структуру р-п-р-п.

К крайней области р-структуры производится подключение положительного полюса источника напряжения. Поэтому, данная область получила название анода. Противоположная область п-типа, куда подключается отрицательный полюс, называется катодом. Вывод из внутренней области осуществляется с помощью р-управляющего электрода.

Классическая модель тиристора состоит из двух транзисторов, имеющих разную степень проводимости. В соответствии с данной схемой, производится соединение базы и коллектора обоих транзисторов. В результате такого соединения, питание базы каждого транзистора осуществляется с помощью коллекторного тока другого транзистора. Таким образом, получается цепь с положительной обратной связью.

Если ток отсутствует в управляющем электроде, то транзисторы находятся в закрытом положении. Течение тока через нагрузку не происходит, и тиристор остается закрытым. При подаче тока выше определенного уровня, в действие вступает положительная обратная связь. Процесс становится лавинообразным, после чего происходит открытие обоих транзисторов. В конечном итоге, после открытия тиристора, наступает его стабильное состояние, даже в случае прекращения подачи тока.

Работа тиристора при постоянном токе

Рассматривая электронный тиристор принцип работы которого основан на одностороннем движении тока, следует отметить его работу при постоянном токе.

Обычный тиристор включается путем подачи импульса тока в цепь управления. Эта подача осуществляется со стороны положительной полярности, противоположной, относительно катода.

Во время включения, продолжительность переходного процесса обусловлена характером нагрузки, амплитудой и скоростью, с которой нарастает импульс тока управления. Кроме того, этот процесс зависит от температуры внутренней структуры тиристора, тока нагрузки и приложенного напряжения. В цепи, где установлен тиристор, не должно быть недопустимой скорости роста напряжения, которое может привести к его самопроизвольному включению.

Как проверять тиристоры и симисторы тестером и мультиметром?

Тиристор представляет собой особую разновидность полупроводникового прибора, изготовленного на основе монокристалла полупроводника и имеющего не менее трех p-n-переходов. Способен находиться в двух различных устойчивых состояниях: закрытый тиристор обладает низкой степенью проводимости, а в открытом состоянии проводимость становится высокой.

По своей сути, он является силовым электронным ключом без полного управления.

Инструменты и материалы для проверки

Для осуществления проверки прибора, могут потребоваться следующие инструменты и материалы, в зависимости от выбранного метода тестирования:

  • блок питания или батарея, которые будут выступать в роли источника постоянного напряжения;
  • лампа накаливания;
  • провода;
  • омметр;
  • мультиметр;
  • тестер;
  • паяльный аппарат;
  • тиристор;
  • паяльный аппарат;

Также, для тестирования правильности работы тиристора может потребоваться наличие пробника, который можно изготовить своими руками.

Для него потребуется наличие следующих материалов и элементов:

  • плата;
  • резисторы, количество 8 штук;
  • конденсаторы, количество 10 штук;
  • диоды, количество 3 штуки;
  • положительный и отрицательный стабилизатор;
  • лампа накаливания;
  • трансформатор;
  • предохранитель;
  • тумблер, количество 2 штуки;

Существует целый ряд возможных схем для изготовления пробника, выбрать можно любую, но необходимо следовать следующим рекомендациям:

  1. Соединение всех элементов производится при помощи специальных проводов с зажимами.
  2. Необходимо последовательно контролировать напряжение между различными контактами. Для осуществления проверки допускается подключение переключателей к разным контактным группам.
  3. После сбора схемы необходимо осуществить подключение тиристора, если он находится в исправном состоянии, то лампа накаливания не будет включаться.
  4. Если лампочка не зажигается даже после нажатия пусковой кнопки, то необходимо при помощи установленного переключателя повысить величину управляющего электрического тока.При разрыве соответствующей цепи, лампочка гаснет.

Способы проверки

Существует целый ряд различный способов, позволяющих проверять тиристоры, наиболее простым является тестирование с помощью лампы накаливания и источника, дающего постоянное напряжение.

Реализовать данный процесс можно следующим образом:

  1. Провода необходимо припаять к выводам тиристора таким образом, чтобы на анод подавался плюс от питающего элемента, а минус был подключен к лампочке, а уже через нее к катоду.
  2. На управляющий электрод прибора потребуется подать напряжение, которое будет превышать аналогичный показатель для анода на 0,2В, благодаря этому действию тиристор перейдет в открытое состояние.
  3. Если прибор исправен и находится в рабочем состоянии, то лампочка должна зажечься.
  4. Для того, чтобы окончательно убедиться в исправном функционировании, необходимо перекрыть доступ источнику напряжения, открывшему тиристор, к управляющему электроду, после совершения этих действий лампочка не должна погаснуть.
  5. Чтобы вернуть устройство в закрытое состояние, необходимо полностью устранить питание либо осуществить подачу отрицательного напряжения на электрод.

Ниже приводится пример проверки, которую можно осуществить в цепи переменного тока:

  1. Необходимо заменить напряжение, которое подается от блока питания или иного постоянного источника, на переменное напряжение с показателем 12В, использовать для этих целей можно специальный трансформатор.
  2. После осуществления данной процедуры, в исходном положении лампочка будет находиться в выключенном режиме.
  3. Проверка происходит путем нажатия пусковой кнопки, во время чего лампочка должна включаться, а при отжимании снова гаснуть.
  4. Во время тестирования, лампочка должна загораться только вполовину от своих возможностей накала, это обусловлено тем фактом, что тиристора достигает только положительная волна подаваемого от трансформатора переменного напряжения.
  5. Если в схеме присутствует симистор, одна из основных разновидностей тиристора, то лампочка будет загораться в полную силу, поскольку он одинаково восприимчив к обеим полуволнам переменного напряжения.

тестер

Другим способом является осуществление проверки при помощи тестера, реализуется она следующим образом:

  1. Для осуществления предлагаемого тестирования достаточно энергии, которая будет получена от питания мини-тестера на 1,5В, находящегося в рабочем режиме х1 кОм.
  2. Требуется подключить щуп к аноду и затем произвести кратковременное прикосновение к управляющему электроду.
  3. После совершения названных действий проследить за реакцией стрелки, которая должна была отклониться от исходных показателей.
  4. Если после снятия щупа происходит возвращение стрелки на исходную позицию, то это свидетельствует о том, что тестируемый тиристор неспособен самостоятельно удерживаться в открытом состоянии.
  5. Иногда процесс проверки не получается с самого начала, в такой ситуации рекомендуется поменять щупы местами, поскольку у некоторых устройств переход в режим х1 кОм может вызвать изменение полярностей.

проверка мультиметром

Мультиметр представляет собой многофункциональное устройство, в которое входит, в том числе и омметр, с помощью него также можно осуществить соответствующую проверку:

  1. Первоначально, мультиметр должен быть переведен в режим прозвона.
  2. Щупы устанавливаются таким образом, чтобы плюс быть подключен на анод, а минус соответствовал катоду.
  3. Дисплей мультиметра должен показывать высокое напряжение, поскольку тиристор на данный момент находится в закрытом положении.
  4. На щупах имеется напряжение, поэтому можно подать плюс на управляющий электрод, для этого необходимо совершить кратковременное прикосновение соответствующим проводом от электрода к аноду.
  5. После совершенных действий, дисплей мультиметра должен начать показывать низкое напряжение, поскольку тиристор переходит в открытое состояние.
  6. Закрытие прибора произойдет снова, если убрать провод от электрода, этот процесс происходит из-за недостаточного количества электрического тока, который находится в щупах мультиметра. Исключение составляют отдельные разновидности тиристоров, например, которые задействованы в некоторых импульсных источниках питания ряда старых телевизоров, для них содержание тока будет достаточным, чтобы сохранить открытое состояние.

Использование омметра для проверки происходит по схожей схеме, поскольку современные модели обладают не стрелочным механизмом, а дисплеем, как у мультиметров. Подобная методика позволяет проводить тестирование исправного состояния полупроводниковых переходов без осуществления предварительного выпаивания тиристора из платы.

Устройство и принцип работы

Устройство тиристора выглядит следующим образом:

  1. 4 полупроводниковых элемента имеют последовательное соединение друг с другом, они различаются по типу проводимости.
  2. В конструкции имеется анод – контакт к внешнему слою полупроводника и катод, такой же контакт, но к внешнему n-слою.
  3. Всего имеются не более 2 управляющих электродов, которые подсоединены к внутренним слоям полупроводника.
  4. Если в устройстве полностью отсутствуют управляющие электроды, то такой прибор является особой разновидностью – динистором. При наличии 1 электрода, прибор относится к классу тринисторов. Управление может осуществляться через анод или катод, данный нюанс зависит от того, к какому слою был подключен управляющий электрод, но на сегодняшний день наиболее распространен второй вариант.
  5. Данные приборы могут подразделяться на виды, в зависимости от того, пропускают они электрический ток от анода к катоду или сразу в обоих направлениях. Второй вариант устройства получил название симметричные тиристоры, обычно состоящие из 5 полупроводниковых слоев, по своей сути они являются симисторами.
  6. При наличии в конструкции управляющего электрода, тиристоры могут быть разделены на запираемую и незапираемую разновидность. Отличие второго вида заключается в том, что такой прибор не может быть никаким способом переведен в закрытое состояние.

Принцип действия тиристора, подключенного к цепи постоянного тока, заключается в следующем:

  1. Включение прибора происходит благодаря получению цепью импульсов электрического тока. Подача происходит на полярность, которая является положительной относительно катода.
  2. На протяженность процесса перехода оказывает влияние целый ряд различных факторов: вид нагрузки; температура полупроводникового слоя; показатель напряжения; параметры тока нагрузки; скорость, с которой происходит нарастание управляющего тока и его амплитуда.
  3. Несмотря на значительную крутизну управляющего сигнала, скорость нарастания напряжения не должна достигать недопустимых показателей, поскольку это может вызвать внезапное отключение прибора.
  4. Принудительное отключение устройства может быть осуществлено разными способами, наиболее распространен вариант с подключением в схему коммутирующего конденсатора, обладающего обратной полярностью. Такое подключение может происходить благодаря наличию второго (вспомогательного) тиристора, который спровоцирует возникновение разряда на основной прибор. В таком случае, разрядный ток, прошедший через коммутирующий конденсатор, столкнется с прямым током основного прибора, что понизит его значение до нулевого показателя и вызовет отключение.

принцип работы

Немного отличается принцип действия тиристора, подключенного к цепи переменного тока:

  1. В таком положении прибор может осуществлять включение или отключение цепей с разными типами нагрузки, а также изменять значения электрического тока через нагрузку. Это происходит благодаря возможности тиристорного прибора изменять момент, в который осуществляется подача управляющего сигнала.
  2. При подключении тиристора в подобные цепи, применяется исключительно встречно-параллельное включение, поскольку он может проводить ток лишь в одном направлении.
  3. Показатели электрического тока изменяются благодаря внесению изменений в момент, когда происходит передача открывающих сигналов на тиристоры. Этот параметр регулируется при помощи специальной системы управления, относящейся к фазовой либо широтно-импульсной разновидности.
  4. При использовании фазового управления, кривая электрического тока будет обладать несинусоидальной формой, это также вызовет искажение формы и напряжения в электросети, от которой происходит питание внешних потребителей. Если они обладают высокой чувствительностью к высокочастотным помехам, то это может вызвать сбои в процессе функционирования.

Основные параметры тиристора

Для понимания принципов функционирования данного прибора и последующей работы с ним, необходимо знать его основные параметры, к которым относятся:

  1. Напряжение включения – это минимальный показатель анодного напряжения, при достижении которого тиристорное устройство перейдет в рабочий режим.
  2. Прямое напряжение – это показатель, определяющий падение напряжения при максимальном значении анодного электрического тока.
  3. Обратное напряжение – это показатель максимально допустимого значения напряжения, которое может быть оказано на устройство, когда оно находится в закрытом состоянии.
  4. Максимально допустимый прямой ток, под которым понимается его максимальное возможное значение во время, когда тиристор находится в открытом состоянии.
  5. Обратный ток, который возникает при максимальных показателях обратного напряжения.
  6. Время задержки перед включением или выключением устройства.
  7. Значение, определяющее максимальный показатель электрического тока для управления электродами.
  8. Максимально возможный показатель рассеиваемой мощности.

Советы

В завершение можно дать несколько следующих рекомендаций, которые могут пригодиться при осуществлении проверок тиристровых приборов:

  1. В отдельных ситуациях целесообразно проводить не только проверку исправности, но также и отбор тестируемых приборов по их параметрам. Для этого используется специальное оборудование, но сам процесс усложнен тем, что источник питания обязательно должен обладать напряжением на выходе с показателем не менее 1000В.
  2. Зачастую, проверка выполняется при помощи мультиметров или тестеров, поскольку такое тестирование организовать проще всего, но необходимо знать, что не все модели данных устройств способны осуществить открытие тиристора.
  3. Сопротивление пробитого тиристора чаще всего имеет показатели, близкие к нулю. По этой причине, кратковременное соединение анода исправного прибора с управляющим электродом показывает параметры сопротивления, которые свойственны короткому замыканию, а подобная процедура с неисправным тиристором не вызывает подобной реакции.

Статья была полезна?

0,00 (оценок: 0)

Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) | Символ, рабочий, приложения

В этом руководстве мы узнаем о выпрямителе, управляемом кремнием (SCR). Мы изучим его символ, структуру, работу, методы включения и выключения и некоторые приложения.

Введение

Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) является наиболее важным и наиболее часто используемым членом семейства тиристоров. SCR можно использовать для различных приложений, таких как выпрямление, регулирование мощности и инвертирование и т. д.Подобно диоду, SCR представляет собой однонаправленное устройство, пропускающее ток в одном направлении и противодействующее в другом.

SCR представляет собой трехконтактное устройство; анод, катод и затвор, как показано на рисунке. SCR имеет встроенную функцию включения или выключения, и его переключение управляется условиями смещения и входной клеммой затвора.

Это приводит к изменению средней мощности, подаваемой на нагрузку, за счет изменения периодов включения тиристора. Он может обрабатывать несколько тысяч напряжений и токов.Символ SCR и его клеммы показаны на рисунке.

Наверх

Конструкция управляемого кремнием выпрямителя

SCR представляет собой четырехуровневое устройство с тремя терминалами. Четыре слоя, состоящие из слоев P и N, расположены попеременно так, что они образуют три соединения J1, J2 и J3. Эти соединения бывают сплавными или диффузными в зависимости от типа конструкции.

Внешние слои (P- и N-слои) сильно легированы, тогда как средние P- и N-слои легированы слабо.Клемма затвора находится на среднем P-слое, анод — на внешнем P-слое, а катод — на клеммах N-слоя. SCR изготовлен из кремния, потому что по сравнению с германием ток утечки в кремнии очень мал.

Для изготовления SCR используются три типа конструкций, а именно планарная, меза и пресс-пакетная. Для тиристоров малой мощности используется плоская конструкция, в которой все переходы в тиристорах рассеяны. В конструкции мезаобразного типа соединение J2 формируется диффузионным методом и, таким образом, к нему приплавляются внешние слои.

Эта конструкция в основном используется для выпрямителей высокой мощности с кремниевым управлением. Для обеспечения высокой механической прочности SCR укреплен пластинами из молибдена или вольфрама. И одна из этих пластин припаяна к медной шпильке, на которой дополнительно нарезана резьба для подключения радиатора.

Наверх

Работа или режимы работы SCR

В зависимости от смещения, заданного для SCR, работа SCR делится на три режима. Их

  1.  Режим блокировки вперед
  2.  Режим прямой проводимости и
  3.  Обратный режим блокировки
Режим блокировки вперед

В этом режиме работы кремниевый управляемый выпрямитель подключается таким образом, что вывод анода становится положительным по отношению к катоду, в то время как вывод затвора остается открытым.В этом состоянии контакты J1 и J3 смещены в прямом направлении, а соединение J2 смещено в обратном направлении.

Из-за этого через тринистор протекает небольшой ток утечки. До тех пор, пока напряжение, приложенное к тиристорам, не превышает его пороговое напряжение, тиристоры оказывают очень высокое сопротивление протеканию тока. Поэтому тиристор действует как разомкнутый переключатель в этом режиме, блокируя прямой ток, протекающий через тиристор, как показано на кривой характеристики VI тиристора.

Наверх

Режим прямой проводимости

В этом режиме тиристор или тиристор переходит в режим проводимости из режима блокировки.Это можно сделать двумя способами: либо путем подачи положительного импульса на клемму затвора, либо путем увеличения прямого напряжения (или напряжения на аноде и катоде) выше напряжения отключения тиристора.

После применения любого из этих методов на стыке J2 происходит лавинный пробой. Поэтому тринистор переходит в режим проводимости и действует как замкнутый переключатель, поэтому через него начинает течь ток.

Обратите внимание, что на графике характеристики VI, если значение тока затвора высокое, минимальное время перехода в режим проводимости будет соответствовать Ig3 > Ig2 > Ig1.В этом режиме через тринистор протекает максимальный ток, и его величина зависит от сопротивления или импеданса нагрузки.

Также отмечено, что если ток затвора увеличивается, напряжение, необходимое для включения тиристора, меньше, если предпочтение отдается смещению затвора. Ток, при котором тринистор переходит из режима блокировки в режим проводимости, называется током фиксации (IL).

А также, когда прямой ток достигает уровня, при котором SCR возвращается в состояние блокировки, это называется током удержания (IH).При этом удерживающемся уровне тока область истощения начинает развиваться вокруг соединения J2. Следовательно, ток удержания немного меньше тока фиксации.

Наверх

Обратный режим блокировки

В этом режиме работы катод становится положительным по отношению к аноду. Тогда переходы J1 и J3 смещены в обратном направлении, а J2 смещена в прямом направлении. Это обратное напряжение переводит SCR в область обратной блокировки, что приводит к протеканию через него небольшого тока утечки и действует как разомкнутый переключатель, как показано на рисунке.

Таким образом, в этом режиме устройство обеспечивает высокий импеданс до тех пор, пока приложенное напряжение не станет меньше обратного напряжения пробоя VBR тиристора. Если обратное приложенное напряжение превышает VBR, то на переходах J1 и J3 происходит лавинный пробой, что приводит к увеличению обратного тока, протекающего через SCR.

Этот обратный ток вызывает большие потери в тринисторах и даже увеличивает их нагрев. Таким образом, тиристор будет значительно поврежден, если обратное напряжение будет больше, чем VBR.

Наверх

Двухтранзисторная аналогия SCR

Аналогия с двумя транзисторами или двухтранзисторная модель SCR выражает самый простой способ понять работу SCR, визуализируя его как комбинацию двух транзисторов, как показано на рисунке. Коллектор каждого транзистора соединен с базой другого транзистора.

Предположим, что сопротивление нагрузки подключено между клеммами анода и катода, а небольшое напряжение приложено к клеммам затвора и катода.При отсутствии напряжения на затворе транзистор 2 находится в режиме отсечки из-за нулевого тока базы. Следовательно, через коллектор и, следовательно, через базу транзистора Т1 ток не течет. Следовательно, оба транзистора разомкнуты, и ток через нагрузку не течет.

Когда между затвором и катодом подается определенное напряжение, через базу транзистора 2 протекает небольшой ток базы, и, таким образом, ток коллектора будет увеличиваться. И, следовательно, ток базы на транзисторе T1 переводит транзистор в режим насыщения, и, таким образом, ток нагрузки будет течь от анода к катоду.

На приведенном выше рисунке ток базы транзистора T2 становится током коллектора транзистора T1 и наоборот.

Отсюда

Ib2 = Ic1 и Ic2 = Ib1

Также ток через вывод катода, Ik = Ig + Ia ……(1)

Для транзистора,

Ib1 = Ie1 – Ic1 ……(2)

и Ic1 = α1Ie1 + Ico1……(3)

Где Ico1 — ток утечки.

Подставляя уравнение 3 в уравнение 2 получаем

Ib1 = Ie1 (1 – α1) – Ico1 …….(4)

Из рисунка анодный ток — эмиттерный ток транзистора Т1,

Ia = Ie1

Тогда Ib1 = Ia (1 – α1) – Ico1

А также для транзистора Т2

Ic2 = α2Ie2 + Ico2

Но Ik = Ie2

Следовательно, Ic2 = α2Ik + Ico2

Ic2 = α2 (Ig + Ia) + Ico2 …..(5)

Но Ib1 = Ic2 …..(6)

Подставляя уравнения 4 и 5 в уравнение 6 получаем

Ia (1 – α1) – Ico1 = α2 (Ig + Ia) + Ico2

Ia = [α2 Ig + Ico1 + Ico2] / [1- (α1 + α2)]

Предполагая, что токи утечки в обоих транзисторах пренебрежимо малы, получаем

Ia = [α2 Ig] / [1- (α1 + α2)]

, где α1 и α2 — соответствующие коэффициенты усиления двух транзисторов.

Наверх

Методы включения SCR

Из приведенного выше уравнения, если (α1 + α2) равно единице, то Ia становится бесконечным. Это означает, что анодный ток внезапно возрастает до высокого значения и переходит в режим проводимости из непроводящего состояния. Это называется регенеративным действием SCR. Таким образом, для срабатывания тринистора значение тока затвора (α1 + α2) должно приближаться к единице. Из полученного уравнения условия включения SCR составляют

.

1. Ток утечки через SCR будет увеличиваться при очень высокой температуре устройства.Это превращает SCR в проводимость.

2. Когда ток, протекающий через устройство, очень мал, тогда α1 и α2 очень малы. Условиями пробоя по напряжению являются большие значения коэффициента размножения электронов Mn и коэффициента размножения дырок Mp вблизи перехода J2. Следовательно, увеличение напряжения на устройстве для отключения перенапряжения VBO вызывает пробой перехода J2, и, таким образом, SCR включается.

3. А также за счет увеличения α1 и α2 достигается условие обрыва.Усиление тока транзисторов зависит от значения Ig, поэтому, увеличивая Ig, SCR можно включить.

Наверх

Методы отключения SCR

SCR не может быть выключен с помощью клеммы затвора, как в процессе включения. Для выключения тиристора анодный ток должен быть снижен до уровня ниже уровня удерживающего тока тиристора. Процесс выключения SCR называется коммутацией. Два основных типа коммутации SCR:

  1.  Естественная коммутация и
  2.  Принудительное переключение

Принудительная коммутация снова подразделяется на несколько типов, таких как

  • Коммутация класса А
  • Коммутация класса B
  • Коммутация класса C
  • Коммутация класса D
  • Коммутация класса E

Наверх

Управление двигателем постоянного тока с помощью SCR

Рассмотрим приведенный ниже рисунок, на котором тиристоры используются для управления скоростью двигателя постоянного тока.Как известно, двигатель постоянного тока состоит из обмотки возбуждения и обмотки якоря. Управляя напряжением, подаваемым на якорь, регулируют скорость двигателя постоянного тока.

Сеть переменного тока подключена к первичной и вторичной обмоткам трансформатора, два тиристора соединены параллельно, как показано на рисунке. Выход этих SCR приводит в действие двигатель постоянного тока. Обмотка возбуждения подключена через диоды, которые дают неконтролируемую мощность постоянного тока на обмотку возбуждения.

Во время положительного полупериода входа SCR1 смещен в прямом направлении, и когда импульс запуска подается на затвор, SCR1 начинает проводить.Таким образом, ток нагрузки течет к двигателю постоянного тока через SCR1. Во время отрицательного полупериода входа SCR 2 смещен в прямом направлении, а SCR 1 смещен в обратном направлении, и, следовательно, SCR1 выключен.

Когда триггер затвора передается на SCR2, он начинает проводить. Изменяя триггерный вход для соответствующих тиристоров, средний выходной сигнал двигателя постоянного тока изменяется и, следовательно, регулируется его скорость.

Наверх

Управление двигателем переменного тока с помощью SCR

Скорость асинхронного двигателя переменного тока регулируется изменением приложенного к нему напряжения статора.На рисунке ниже показано подключение SCR для изменения напряжения, подаваемого на статор асинхронного двигателя.

Каждая фаза состоит из двух встречно-параллельных SCR, один для положительного пика, а другой для отрицательного пика. Таким образом, всего шесть конфигураций SCR используются для производства переменной мощности.

Входное трехфазное питание переменного тока подается на трехфазный асинхронный двигатель через этот набор тиристоров. Когда эти тиристоры запускаются импульсами с задержкой, среднее напряжение, подаваемое на асинхронный двигатель, изменяется и, следовательно, изменяется скорость.

Наверх

Преимущества управляемого кремнием выпрямителя

  1.  По сравнению с электромеханическим или механическим переключателем, SCR не имеет движущихся частей. Следовательно, с высокой эффективностью он может обеспечить бесшумную работу.
  2. Скорость переключения очень высока, поскольку он может выполнять 1 нанооперацию в секунду.
  3. Они могут работать при высоких номинальных напряжениях и токах с малым током затвора.
  4. Больше подходит для работы на переменном токе, поскольку при каждом нулевом положении цикла переменного тока SCR автоматически выключается.
  5.  Небольшой размер, поэтому его легко монтировать и безотказно обслуживать.

Наверх

Резюме

  1.  Выпрямитель с кремниевым управлением ведет себя как переключатель с двумя состояниями: либо непроводящим, либо проводящим.
  2.  Существует три режима работы SCR. Это прямая блокировка, режим прямой проводимости и режим обратной блокировки.
  3.  В основном существует два способа включения тиристора: либо путем увеличения напряжения на тиристоре выше напряжения отключения тиристора, либо путем подачи небольшого напряжения на затвор.Типичное значение затвора составляет 1,5 В, 30 мА. Если ток затвора увеличивается, SCR включится при значительно сниженном напряжении питания.
  4.  Тисистор нельзя отключить через затвор, поэтому, чтобы открыть тиристор, приложенное напряжение должно снизиться до нуля.
  5.  Кремниевый управляемый выпрямитель можно использовать для коммутации как переменного, так и постоянного тока.

Вернуться к началу

Как работает SCR? Принцип работы кремниевого выпрямителя

SCR (выпрямитель с кремниевым управлением) также известен как тиристор.Это 4-слойный, 3-переходный, бистабильный (ВКЛ и ВЫКЛ) полупроводниковый переключатель. Клемма внешнего p-слоя является анодом, клемма внешнего n-слоя является катодом, а клемма внутреннего p-слоя является затвором, как показано на схематической диаграмме и условном представлении.

Анод соединен с основанием радиатора, обеспечивающим жесткую платформу для SCR. (выпрямитель с кремниевым управлением) Характеристики тиристоров значительно улучшились с момента их появления в 1967 году, и теперь тиристоры имеют номинальное напряжение 10 кВ и номинальный среднеквадратический ток 3500 А со скоростью переключения 1 мкс, что соответствует допустимой мощности Доступна мощность 30 МВт.Устройство такого высокого номинала можно включить с помощью источника низкого напряжения около 1 А и 10 Вт, что дает нам представление об огромном усилении мощности этого устройства (3 x 10⁶). Благодаря своей компактности, высокой надежности и малым потерям тиристор практически вытеснил более ранние силовые коммутационные устройства — тиратрон и магнитный усилитель. На приведенном ниже рисунке показана статическая характеристика v-i тринистора, которая аналогична характеристике диода в обратном направлении.

Прямая характеристика одинакова до напряжения включения (или пробоя) (VBD), при котором начинается лавинное умножение и ток начинает быстро возрастать до значения, определяемого напряжением питания и внешним импедансом.SCR фиксируется, и это режим проведения (состояние). Тиристор остается в этом режиме до тех пор, пока прямой ток не опустится ниже уровня удерживающего тока (несколько миллиампер), и в этот момент он возвращается в состояние прямой блокировки (J1 и J3 смещены в прямом направлении и J2 смещены в обратном направлении). Увеличивая ток затвора или триггера, можно уменьшить как прямое напряжение пробоя, так и ток удержания. Таким образом, можно заставить тринистор срабатывать, т. е. проводить ток при заданном прямом напряжении, путем управления током затвора.Идеальная характеристика SCR показана на рисунке ниже.

SCR имеет три режима работы:

  1. Режим прямой блокировки (J1 и J3 с прямым смещением и J2 с обратным смещением). Это выключенное состояние.
  2. Режим прямого проведения: включенное состояние.
  3. Обратный режим блокировки (J1 и J3 с обратным смещением и J2 с прямым смещением) — это также выключенное состояние.

При прямом смещении SCR можно включить любым из следующих трех способов:

1-При подаче на затвор положительного триггерного импульса тиристор быстро переключается в проводящий режим после небольшой задержки.Общее время включения, которое включает задержку и время нарастания, составляет порядка 0,2 и 0,1 мкс и зависит от характера запускающего импульса.

2-Тиристор продолжает работать после прекращения запускающего импульса при условии, что ток тиристора стал больше, чем ток фиксации, который немного превышает ток удержания.

3-SCR также можно включить, увеличив прямое напряжение выше прямого напряжения пробоя VBD. SCR может включиться (без импульса затвора), если прямое напряжение приложено внезапно.Это называется включением dv/dt и может привести к неправильной работе схемы. Простой демпфер R-C обычно используется для ограничения dv/dt приложенного прямого напряжения.

4-Если ток в тиристоре растет со слишком высокой скоростью, т. е. с высоким значением di/dt, устройство может выйти из строя. Следовательно, некоторая индуктивность должна быть включена последовательно, чтобы удерживать di/dt ниже безопасного предела.

Метод управления стробированием, т. е. подача положительного стробирующего сигнала на тиристор с прямым смещением, является эффективным и простым методом включения тиристора и широко применяется.Используя управление затвором, устройство может запускаться либо сигналом затвора постоянного тока, либо импульсным сигналом затвора. Общее время включения зависит от параметров анодной цепи, амплитуды стробирующего сигнала и времени его нарастания.

Проводящий тринистор можно выключить, только уменьшив его ток проводимости ниже тока удержания (несколько мА) и установив обратное смещение (т. е. катод положителен по отношению к аноду) на минимальное время выключения (10–10 100 микросекунд). Кроме того, скорость нарастания анодного напряжения после выключения должна быть ограничена, иначе устройство может снова начать проводить ток.

Важным фактором при использовании тиристоров в управлении двигателем являются средства, с помощью которых достигается выключение или коммутация, а также связанные схемы коммутации — их сложность, стоимость и вес. В цепях переменного тока ток проходит естественное нулевое значение, вызывая автоматическое отключение устройства. Это известно как естественная или линейная коммутация.

Здесь тиристор должен срабатывать синхронно с задержкой или без нее с переходом через нуль напряжения на нем всякий раз, когда он смещен положительно.В цепях постоянного тока, где нет естественного нулевого тока, прямой ток через SCR можно уменьшить, шунтируя его путем с низким импедансом или прикладывая к нему обратное напряжение, принуждая прямой ток к нулевому значению — это известно как принудительная коммутация. .

ложное срабатывание тиристора из-за чрезмерной скорости нарастания (dv/dt) анодного напряжения. Системные переходные напряжения пикового сигнала должны подавляться входными фильтрами. Необходимыми защитными функциями являются (i) температурное ограничение для предотвращения теплового разгона, (ii) защита от перегрузки по току (т.г., вызванные коротким замыканием), и (iii) подавление импульсных переходных напряжений и токов.

С момента появления тиристоров их номинальная мощность и напряжение, а также их характеристики значительно улучшились. Кроме того, в некоторых приложениях используются несколько вариантов тиристоров, таких как запирающие тиристоры (GATT), асимметричный кремниевый выпрямитель (ASCR), тиристоры с обратной проводимостью (RCT).

Если вы хотите узнать больше о SCR, вы можете проверить и купить эту замечательную книгу:

Продолжить чтение

Двухтранзисторная аналогия SCR – pnpnтранзистор

Двухтранзисторная аналогия SCR : если вы ищете двухтранзисторную модель SCR и хотите узнать подробности, полностью прочитайте эту статью для получения дополнительной информации.SCR также называют тиристором, поэтому, если вы нашли двухтранзисторную модель тиристора, то вы попали в нужное место.

Что такое SCR?

SCR (выпрямитель с кремниевым управлением) представляет собой полупроводниковое коммутационное устройство с тремя клеммами. Scr также называет тиристор. Конструкция тиристора аналогична транзистору pnpn. Он действует как настоящий переключатель в электронике. Он также может преобразовывать переменный ток в постоянный, а также управлять мощностью нагрузки. Таким образом, тиристор сочетает в себе функции выпрямителя и транзистора.

Что представляет собой двухтранзисторная аналогия SCR?

Двухтранзисторная аналогия SCR представляет собой метод представления SCR в виде двухтранзисторной модели. Это означает, что SCR представляет собой комбинацию транзисторов PNP и NPN.

SCR или тиристор представляет собой полупроводниковое устройство с тремя выводами, имеющее структуру P-N-P-N. Основной принцип работы SCR можно понять по двухтранзисторному методу SCR.

На рисунке вы видите эквивалентную схему двух транзисторов SCR .Из рисунка видно, что база транзистора Т1 работает как коллектор транзистора Т2, а коллектор транзистора Т1 работает как база транзистора Т2.

Теперь здесь мы находим выражение для анодного тока тринистора.

Согласно уравнению тока утечки транзистора,

Ток коллектора выражается как

Где α – коэффициент усиления по току транзистора, а Icbo – ток утечки транзистора с общей базой.

Для транзистора T1 ток эмиттера = ток анода Ia и ток коллектора Ic = Ic1

Где α1 — коэффициент усиления по току транзистора T1.

Аналогично для транзистора Т2

Где α2 — коэффициент усиления по току транзистора T2. А эмиттерный ток транзистора Т2 = катодному току Iк.

На этом рисунке видно, что анодный ток Ia представляет собой сумму двух коллекторных токов: Ic1 и Ic2.

Положив Ik = Ia + Ig, анодный ток Ia будет,

SCR работает с двумя транзисторами модели

Работа SCR легко объясняется двухтранзисторной моделью SCR .Как видно из рисунка, к SCR приложено напряжение питания V и сопротивление нагрузки R. Сначала предположим, что напряжение питания V меньше напряжения отключения, как это обычно и бывает. Когда ворота открыты (т.е. переключатель S разомкнут), базовый ток Ib=0. К базе Т2 подключается коллектор Т1. Следовательно, в коллекторе T2 и, следовательно, в коллекторе T1 ток не течет. Таким образом, для этого условия SCR находится в состоянии OFF.

Всякий раз, когда ключ S замкнут, небольшой ток затвора будет протекать через базу T2, что означает увеличение его коллекторного тока.Коллектор транзистора Т2 соединен с транзистором Т1. Таким образом, ток коллектора T2 является током базы T1. Следовательно, ток коллектора T1 увеличивается. Но ток коллектора T1 является базовым током T2. Это действие является накопительным, поскольку увеличение тока в одном транзисторе вызывает увеличение тока в другом транзисторе. В результате этого действия оба транзистора доводятся до насыщения, и через нагрузку RL протекает большой ток. В таких условиях SCR закрывается.

Характеристики SCR:

Это кривая между напряжением анод-катод и анодным током Ia при постоянном напряжении на затворе (Vg). На рисунке показаны характеристики SCR.

Прямые характеристики: когда узел положителен по отношению к катодной кривой между V и I при постоянном напряжении на затворе, называемом прямыми характеристиками. Когда напряжение питания увеличивается от 0, в точке A через SCR начинает протекать ток. В точке А напряжения, когда тиристоры проводят, называют напряжением пробоя.После напряжения пробоя напряжение резко падает и становится почти равным напряжению на нагрузке. Величина напряжения пробоя изменяется при постоянном напряжении на затворе. При правильном напряжении затвора мы можем получить напряжение пробоя при небольшом напряжении.

Обратные характеристики: когда анод отрицателен по отношению к катодной кривой между V и I при постоянном напряжении на затворе, называемом обратными характеристиками. Максимальное обратное напряжение, при котором тиристоры начинают проводить ток, называется обратным напряжением пробоя.Обратные характеристики SCR вы можете увидеть на рисунке.

Вывод:

Надеюсь, вы понимаете все, что связано с двухтранзисторной аналогией SCR. Scr можно представить двумя транзисторами (транзистор pnp и npn). Принцип работы двухтранзисторной модели SCR легко понять. Если у вас есть какие-либо сомнения, связанные с этой статьей, пожалуйста, прокомментируйте ниже. Спасибо за вашу поддержку..

Продолжить чтение

принцип работы.Классификация тиристоров

Принцип работы тиристоров основан на основе полупроводникового кристалла (электронного ключа) с тремя и более p-n переходами. Элемент имеет два устойчивых положения: состояние низкой или высокой проводимости. Под действием управляющего сигнала устройство приводится в проводящее действие. Другими словами, он включает в себя цепочку. Для его включения необходимо создать подходящие условия, обеспечивающие снижение основного тока до нуля.

Описание

На пальцах принцип работы тиристора можно объяснить так: ключи проводят ток исключительно в прямом направлении.А в закрытом положении выдерживает и обратное напряжение. Структура устройства имеет четыре слоя и три выхода:

  1. А (анод).
  2. К (катод).
  3. Y (управляющий электрод).

Мощные электронные ключи снабжены различными параметрами силы тока и напряжения, влияющими на работоспособность и состояние элемента. Тиристоры способны функционировать при значениях до пяти тысяч вольт, 5000 А, если частота не превышает 1000 Гц.

Переключение

Принцип действия тиристора позволяет ему работать в двух коммутационных диапазонах:

  1. Естественное переключение.Возникает при работе устройства в цепи переменного тока. Этот процесс происходит, когда ток снижается до нулевого положения.
  2. Принудительное переключение. Этот процесс может быть выполнен несколькими способами, в зависимости от схемы, используемой разработчиком.

Стандартным видом принудительного переключения является подключение заряженного конденсатора. В такой цепи под нагрузкой возникают колебания тока.

Способы включения и выключения

Принцип работы тиристора позволяет использовать несколько способов принудительного включения.Среди них:

  1. Использование конденсатора с обратной полярностью . Его можно активировать в цепочке с помощью вспомогательного элемента. Затем производится разряд на основной тиристор, в результате чего ток, направленный против постоянного напряжения, обеспечит его снижение до нулевого положения. Устройство выключается, что связано с его характерными особенностями.
  2. Соединительные цепи LC . Они разряжаются с колебаниями, обеспечивая соответствие рабочего и разрядного тока.После их уравновешивания тиристор отключается. В заключительной фазе ток от колебательного контура движется через тиристор к полупроводниковому диоду. При этом на устройство подается определенное напряжение, по модулю равное напряжению диода.

Принцип работы тиристора в цепях постоянного тока

Стандартное устройство активируется посредством подачи тока на измерительный провод. Он должен быть положительным по отношению к катоду. Протекание переходных потоков зависит от вида нагрузки, ее амплитуды и скорости подачи импульсного тока.Кроме того, важен температурный режим полупроводникового кристалла, а также приложенное напряжение в цепях тиристоров. Параметры схемы напрямую зависят от типа используемого полупроводника.

При подключении тиристора не допускается интенсивное увеличение скорости нарастания напряжения. Достигается значение, обеспечивающее самопроизвольное выключение устройства даже без наличия сигнала в системе управления. При этом синхронно должна поддерживаться высокая характеристика блока управления.

Переменная цепь: принцип работы тиристоров

Принцип работы элемента в данном случае позволяет выполнять следующие действия:

  1. Включать или разрывать электрическую цепь с активной или резистивной нагрузкой.
  2. Исправьте рабочий и средний ток, который дает нагрузка. Это возможно путем регулировки пика управляющей подачи.
  3. Поскольку тиристоры проводят ток в одном направлении, переменные схемы потребуют применения встречно-параллельного включения.Значения рабочего и среднего напряжения могут изменяться из-за изменения сигнала питания прибора. В любом случае мощность элемента должна соответствовать представленным параметрам.

Фазовая и широтно-импульсная модуляция

Способы переключения тиристоров также обеспечивают управление фазой. В этом случае регулирование нагрузки осуществляется путем регулировки фазовых углов. Доступна искусственная коммутация за счет использования специальных схем или полностью блокируемых аналогов. Таким образом, тиристоры предпочтительно изготавливают для зарядных устройств с возможностью регулировки силы тока, соответствующей заряду аккумулятора.

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) работает следующим образом:

  • При открытии тиристора подается управляющий сигнал.
  • В этом случае переходы открыты, и на нагрузочной части появляется определенное напряжение.
  • При закрытии элемента управляющий сигнал не передается, что обеспечивает подачу тока через устройство.

Следует отметить, что в кривой регулирования фазы ток не синусоидальный, форма волны напряжения трансформируется.При этом происходит нарушение функционирования потребляющих элементов, которые подвержены высокочастотным помехам. Изменить значение на нужную цифру позволяет специальный регулятор.

Разновидности

Тиристоры бывают нескольких типов (принцип работы для «пустышек» рассмотрен выше). Они используются в зарядных устройствах, переключателях, регуляторах громкости. Выделяют следующие модификации:

  • Оптотиристор . Использует в цепи полупроводник, особенно чувствительный к свету.Устройство управляется подачей светового потока.
  • Тиристорный диод . Оснащен активным параллельно включенным диодом.
  • Динистор . Его можно перевести в режим полной проводимости (при превышении номинального напряжения).
  • Симистор . Он состоит из пары тиристоров, соединенных встречно-параллельно.
  • Тиристор инвертора . Он имеет высокую скорость коммутации до 50 мкс.
  • Элементы с полевым транзистором .Работа по типу металлооксидных полупроводников.

Характеристики

Рассмотрим параметры и принцип работы тиристора КУ202Н:

  • Предельное напряжение 400 В.
  • Постоянный/периодический импульсный ток 30/10 А.
  • Напряжение в открытом режиме 1,5 В.
  • Показатель рабочего постоянного тока 4 мА.
  • Ток отключения на блоке управления составляет 200 мА.
  • Максимальная инкрементальная скорость в закрытом положении 5 В/мкс.
  • Период включения/выключения 10/100 мкс.

Устройство работает по стандартной схеме запирания тиристоров. Его аналоги 1Н4202, ВТХ32 С100, КУМ202М.

Конструкция

Четырехслойная компоновка тиристоров отличает их от аналогов полной управляемостью элемента. Сила тока и напряжения в прямом направлении тока аналогичны таковым у обычных тиристоров. Однако рассматриваемые устройства способны передавать значительное напряжение.Варианты блокировки обратных больших напряжений для запираемых элементов не предусмотрены. В связи с этим необходима его агрегация со встречно-параллельным диод-полупроводник.

Значительное падение прямых напряжений — основная отличительная черта запираемого тиристора. Для его отключения необходимо подать на управляющий выход мощный импульсный ток. При этом длительность импульса должна быть как можно меньше (от 10 до 100 мкс). Отрицательное отношение при постоянном токе составляет 1/5.Полученная разница в предельном напряжении рассматриваемого устройства на 25% меньше, чем у обычного аналога.

Наконец

Мы рассмотрели классификацию тиристоров и их особенности. Можно сделать следующий вывод: эти устройства являются устройствами, соответствующими скорости увеличения прямого напряжения и тока. Для тиристоров характерно протекание обратных токов, допускающее быстрое снижение значения в цепи до нуля. Для защиты элементов следует использовать различные схемы, позволяющие защитить блок от высоких напряжений в динамическом режиме.

р>

SCR — Выпрямители с кремниевым управлением | Работа, конструкция и применение

SCR расшифровывается как кремниевый управляемый выпрямитель. Он используется в промышленности, поскольку может выдерживать высокие значения тока и напряжения.

Конструкция SCR

SCR кремниевого управляющего выпрямителя состоит из четырех слоев полупроводника, которые образуют структуру PNPN или NPNP, он имеет древовидное соединение J1

J2 и J3, а также три клеммы, анодная клемма SCR кремниевого управляющего выпрямителя подключена к материалу P-типа структуры PNPN, а вывод катода подключен к слою N-типа кремниевого выпрямителя, в то время как затвор SCR кремниевого выпрямителя подключен к материалу P-типа рядом с катодом, как показано на приведенном рисунке.

Работа тиристора / работа

Кремниевый управляющий выпрямитель SCR начинает проводить, когда он смещен в прямом направлении. Для этого катод держится на минусе, а анод на плюсе. Когда на затвор подается положительный тактовый импульс, SCR включается.

Когда на кремниевый управляющий выпрямитель SCR подается напряжение прямого смещения, соединение J1 и J3 смещается в прямом направлении, а соединение J2 смещается в обратном направлении. Когда мы подаем тактовый импульс на клемму затвора, соединение J2 смещается в прямом направлении, и SCR кремниевого управляющего выпрямителя начинает проводить.

Кремниевый управляющий выпрямитель SCR очень быстро включается и выключается. В выключенном состоянии кремниевый управляющий выпрямитель SCR обеспечивает бесконечное сопротивление, а во включенном состоянии он предлагает очень низкое сопротивление, которое находится в диапазоне от 0,01 Ом до 1 Ом.

Запуск и срабатывание SCR

Кремниевый управляющий выпрямитель SCR обычно работает ниже перенапряжения прямого отключения (VBO). Чтобы включить кремниевый управляющий выпрямитель SCR, мы подаем тактовый импульс на клемму затвора, которая вызвала срабатывание кремниевого управляющего выпрямителя, но когда кремниевый управляющий выпрямитель SCR включается, теперь, если мы удалим триггерное напряжение, кремниевый управляющий выпрямитель SCR останется включенным. состояние ВКЛ.Это напряжение называется напряжением зажигания.

Методы выключения кремниевого выпрямителя — SCR

Существует два метода выключения кремниевого выпрямителя SCR,

Метод прерывания анодного тока Silicon Control Rectifier (электроника SCR), выключив переключатель.

Метод принудительной коммутации

В этом методе подключается батарея с обратной полярностью, поэтому ток через кремниевый управляющий выпрямитель SCR уменьшается и он отключается.

Управление мощностью двигателя постоянного тока с помощью SCR

На данном рисунке показан однофазный управляемый выпрямитель. который используется для управления скоростью двигателя постоянного тока. Этот ckt состоит из четырех SCR и четырех диодов. Постоянное напряжение подается на обмотку двигателя через четыре диода, а постоянное напряжение подается на якорь через четыре диода.

В этом блоке управления двигателем управляет напряжение якоря, в то время как напряжение возбуждения имеет постоянное значение.

В СКТ тиристоры 1 и тиристоры 4 срабатывают одновременно в первом цикле, а в следующей половине цикла тиристоры 2 и тиристоры 3 работают.

Якорь двигателя получает постоянное или прерывистое напряжение в зависимости от угла открытия тиристора, коэффициента мощности.

При прерывистом токе якоря тиристоры 1 и тиристоры 4 загораются под углом a, из-за чего путь протекания тока имеет форму от a до ß, как показано на рисунке:

Якорь двигателя получает напряжение от a до ß, а ß to p + a двигатель не может получить ток.

Таким образом регулируется скорость двигателя постоянного тока.

Управление мощностью двигателя переменного тока с использованием SCR

Управление скоростью с помощью метода изменения частоты или переменной частоты.

Очень важен частотный метод, с помощью которого регулируется скорость асинхронного двигателя.

Ns = 120f/P

Из приведенной выше формулы видно, что скорость направленного асинхронного двигателя пропорциональна частоте. Это означает, что частота питающего напряжения изменяется, скорость двигателя индикации также изменяется, увеличивается входная частота питания, увеличивается скорость асинхронного двигателя, и наоборот.

В частотно-регулируемом методе трехфазное питание управляется управляемым выпрямителем.Напряжение подается на мостовой выпрямитель с принудительной коммутацией, который обеспечивает переменную частоту для управления асинхронным двигателем.

Применение SCR

Существуют следующие приложения SCR в электронике.

  1. Управление фазой сигналов
  2. Для переключения электронных устройств.
  3. Запуск интегральных схем и различных схем синхронизации.
  4. Используется как управляемый выпрямитель.

Конденсатор с тиристорным переключением (TSC) — Power, Electronic Systems, Applications and Resources on Electrical and Electronic Project-Thesis

Конденсатор с тиристорным включением определяется как «шунтирующий конденсатор с тиристорным переключением, эффективное реактивное сопротивление которого ступенчато изменяется при работе тиристорного вентиля с полной или нулевой проводимостью».

Принцип работы

Принцип TSC показан на рисунках 6.12 и 6.13. Сопротивление регулируют, контролируя количество параллельных конденсаторов в проводимости. Каждый конденсатор всегда проводит целое число полупериодов. При параллельном подключении конденсаторов k , каждый из которых управляется переключателем, как показано на рис. 6.13, общая проводимость может быть равна любой комбинации отдельных конденсаторов k , взятых за 0, 1, 2 .. . . или к за раз. Таким образом, общая проводимость изменяется ступенчато. В принципе, ступени можно сделать сколь угодно маленькими и многочисленными при наличии достаточного количества индивидуально переключаемых конденсаторов. Для заданного числа k максимальное количество шагов будет получено, когда никакие две комбинации не будут равными, что требует, по крайней мере, того, чтобы все индивидуальные сопротивления были разными. Такая степень гибкости обычно не требуется в компенсаторах энергосистемы из-за вытекающей из этого сложности управления и потому, что, как правило, более экономично делать большинство реактивных сопротивлений равными.Одним из компромиссов является так называемая бинарная система, в которой имеется 90 587 (k 90 588 — 1) одинаковых проводимостей B и одна проводимость B/2. Полусопротивление увеличивает количество комбинаций с k до 2k.

Зависимость между током компенсатора и количеством проводящих конденсаторов показана на рис. 6.14 (для постоянного напряжения на клеммах). Без учета переходных процессов при переключении ток синусоидальный, т. е. не содержит гармоник.

Инжир.6.12 Альтернативные схемы трехфазного конденсатора с тиристорным ключом. (a) вторичный, соединенный треугольником, TSC, соединенный треугольником; муравей (b) вторичный, соединенный звездой, TSC, соединенный звездой (четырехпроводная система).

Рис. 6.12 Принципы работы ТСК. Каждая фаза на рис. 6.12 состоит из параллельных комбинаций коммутируемых конденсаторов этого типа.

Рис. 6.14 Зависимость между током и числом проводящих конденсаторов в ТПК.

предыдущий Трансформатор тиристорный (ТРТ)

следующий Переключение переходных процессов и концепция переключения без переходных процессов Описание контроллера напряжения переменного тока

Однофазный контроллер напряжения переменного тока

представляет собой устройство, которое преобразует фиксированное однофазное переменное напряжение напрямую в переменное переменное напряжение без изменения частоты.Вход и выход устройства однофазные.

Существует два типа однофазных регуляторов напряжения переменного тока: Однофазный полуволновой и однофазный полноволновый . В этой статье мы подробно обсудим оба типа контроллера напряжения и проиллюстрируем работу с соответствующей принципиальной схемой и формами сигналов.

Принцип работы однофазного регулятора напряжения переменного тока:

Принцип работы любого регулятора напряжения основан на последовательности операций переключения некоторых силовых выключателей, а именно.тиристоры. Тиристоры включены так, что нагрузка подключается к источнику переменного тока на часть каждого полупериода входного напряжения. Таким образом, выходное напряжение соответствует той части входного переменного напряжения, для которой нагрузка подключена к источнику. Таким образом регулируется выходное напряжение.

Давайте рассмотрим однофазный полуволновой и двухполупериодный контроллер напряжения переменного тока для понимания принципа работы.

Однофазный полуволновой регулятор напряжения переменного тока:

Однофазный однополупериодный регулятор напряжения переменного тока состоит из тиристора, включенного встречно-параллельно с силовым диодом.Принципиальная схема показана на рисунке ниже.

Для простоты предполагается резистивная нагрузка. Входной источник: V m Sinωt.

Для положительного полупериода источника входного сигнала тиристор T1 смещен в прямом направлении и, следовательно, может проводить при подаче управляющего сигнала. Это означает, что T1 останется выключенным, пока не будет подан стробирующий сигнал. Теперь предположим, что под некоторым углом α (называемым углом открытия) тиристор T1 запирается. Как только T1 запускается/затворяется, он начинает проводить и, следовательно, нагрузка напрямую подключается к источнику.Это дает напряжение нагрузки V o = V m Sinα и ток нагрузки I o = (V m Sinα / R) в момент срабатывания T1. От ωt = α до π напряжение и ток нагрузки следуют форме сигнала входного напряжения V m Sinωt и (V m Sinωt / R) соответственно.

После того, как ωt = π, тиристор T1 становится смещенным в обратном направлении, и ток нагрузки становится равным нулю (обратите внимание, что напряжение нагрузки и ток совпадают по фазе, следовательно, как только напряжение нагрузки становится равным нулю, ток нагрузки также становится равным нулю), и, следовательно, тиристор T1 коммутируется естественным образом .

После того, как ωt = π, диод D1 смещается в прямом направлении и, следовательно, начинает проводить ток. Это заставляет напряжение и ток нагрузки следовать напряжению питания V m Sinωt и (V m Sinωt / R) соответственно для отрицательного полупериода.

Форма выходного сигнала напряжения и тока нагрузки показана ниже.

Из приведенных выше сигналов можно отметить следующие моменты:

  • Управляя углом открытия α, можно управлять напряжением нагрузки.Из формы выходного сигнала видно, что отрицательный полупериод входного напряжения не контролируется. По этой причине однофазный полуволновой регулятор напряжения переменного тока также известен как однофазный однонаправленный регулятор напряжения.
  • Положительный и отрицательный полупериоды напряжения и тока нагрузки не идентичны. В результате в цепь питания и нагрузки вносится постоянная составляющая, что нежелательно.

Теперь рассчитаем среднеквадратичное значение напряжения и тока нагрузки.Это даст нам представление о величине выходного напряжения и тока.

Однофазный полноволновый контроллер напряжения переменного тока:

Однофазный двухполупериодный регулятор напряжения переменного тока состоит из двух тиристоров, включенных встречно-параллельно. Принципиальная схема показана на рисунке ниже.

Для простоты предполагается резистивная нагрузка. Входной источник: V m Sinωt.

Для положительного полупериода источника входного сигнала тиристор T1 смещен в прямом направлении и, следовательно, может проводить при подаче управляющего сигнала.Это означает, что T1 останется выключенным, пока не будет подан стробирующий сигнал. Теперь предположим, что под некоторым углом α (называемым углом открытия) тиристор T1 запирается. Как только T1 запускается/затворяется, он начинает проводить и, следовательно, нагрузка напрямую подключается к источнику. Это дает напряжение нагрузки V o = V m Sinα и ток нагрузки I o = (V m Sinα / R) в момент срабатывания T1. От wt = α до π напряжение и ток нагрузки следуют форме сигнала входного напряжения V 90 643 m 90 644 Sinωt и (V 90 643 m 90 644 Sinωt / R) соответственно.

При wt = π напряжение нагрузки становится равным нулю, и ток также становится равным нулю. Поскольку тиристор T1 смещен в обратном направлении после ωt = π и ток через него равен нулю, он естественным образом коммутируется.

При ωt = (π+α) тиристор T2 с прямым смещением закрыт. Следовательно, он проводит и подключенную нагрузку к источнику. Напряжение нагрузки теперь соответствует отрицательной огибающей входного источника переменного тока, и ток нагрузки делает то же самое. Таким образом, среднеквадратичное напряжение можно контролировать, регулируя угол возбуждения.Таким образом, управление напряжением достигается в контроллере напряжения переменного тока.

Форма выходного сигнала напряжения и тока нагрузки показана ниже.

Из приведенного выше сигнала можно заметить, что положительный и отрицательный полупериоды напряжения и тока нагрузки идентичны. В результате в цепь питания и нагрузки не вводится постоянная составляющая. Это главное преимущество однофазного двухполупериодного регулятора напряжения переменного тока.

Однофазный двухполупериодный регулятор напряжения переменного тока также известен как однофазный двунаправленный регулятор напряжения.Теперь рассчитаем среднеквадратичное значение напряжения и тока нагрузки.

Однофазные двухполупериодные регуляторы напряжения

больше подходят для практических цепей. Это также решает проблему постоянной составляющей, которая присутствует в цепи питания и нагрузки полуволнового регулятора напряжения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.