Силовой тиристор. Силовые тиристоры: принцип работы, характеристики и применение в электронике

Что такое силовой тиристор. Как устроен и работает тиристор. Какие бывают типы тиристоров. Где применяются силовые тиристоры. Каковы основные параметры и характеристики силовых тиристоров.

Принцип работы и устройство силового тиристора

Силовой тиристор представляет собой полупроводниковый прибор с четырехслойной структурой, обладающий тремя p-n переходами. Он имеет три вывода — анод, катод и управляющий электрод.

Основной принцип работы тиристора заключается в том, что он может находиться в двух устойчивых состояниях:

• Закрытое состояние — ток практически не протекает
• Открытое состояние — протекает большой прямой ток

Переключение из закрытого состояния в открытое происходит при подаче положительного импульса тока на управляющий электрод. После этого тиристор остается открытым даже при снятии управляющего сигнала, пока анодный ток не упадет ниже тока удержания.

Каковы основные особенности работы силового тиристора?

• Способность выдерживать большие токи и напряжения в открытом состоянии
• Малое падение напряжения во включенном состоянии
• Высокое быстродействие при переключении
• Возможность управления моментом включения

Типы и разновидности силовых тиристоров

В зависимости от конструкции и характеристик выделяют следующие основные типы силовых тиристоров:

1. Однооперационные тиристоры

Это классические тиристоры, которые могут включаться подачей сигнала на управляющий электрод, но выключаются только при снижении анодного тока ниже тока удержания.

2. Двухоперационные (запираемые) тиристоры

Могут как включаться, так и выключаться по сигналу управления. Это позволяет использовать их в схемах с принудительной коммутацией.

3. Симметричные тиристоры (симисторы)

Способны проводить ток в обоих направлениях и управляться в каждом полупериоде переменного напряжения. Широко применяются для регулирования переменного тока.

4. Оптотиристоры

Управляются световым сигналом через оптическую развязку. Обеспечивают высокую помехозащищенность цепей управления.

Основные параметры и характеристики силовых тиристоров

При выборе силовых тиристоров для конкретных применений необходимо учитывать следующие ключевые параметры:

• Максимально допустимый анодный ток в открытом состоянии
• Максимальное обратное напряжение
• Напряжение включения
• Ток удержания
• Время включения и выключения
• Критическая скорость нарастания тока и напряжения
• Тепловое сопротивление

Какие характеристики наиболее важны при выборе силового тиристора?

1. Вольт-амперная характеристика — определяет режимы работы тиристора
2. Частотные свойства — ограничивают область применения на высоких частотах
3. Температурные зависимости параметров — влияют на надежность работы
4. Времена переключения — важны для импульсных применений

Применение силовых тиристоров в электронике и энергетике

Благодаря своим уникальным свойствам силовые тиристоры нашли широкое применение в различных областях:

Преобразовательная техника

• Управляемые выпрямители
• Инверторы
• Преобразователи частоты
• Регуляторы переменного напряжения

Электропривод

• Системы управления двигателями постоянного тока
• Частотно-регулируемый привод переменного тока
• Устройства плавного пуска двигателей

Электроэнергетика

• Статические компенсаторы реактивной мощности
• Вставки постоянного тока
• Коммутационная аппаратура

Электротехнологии

• Сварочные аппараты
• Индукционный нагрев
• Электролизные установки

Где еще могут применяться силовые тиристоры?

• Системы бесперебойного питания
• Зарядные устройства
• Регуляторы освещения
• Бытовая техника

Преимущества и недостатки силовых тиристоров

Силовые тиристоры обладают рядом важных достоинств, но также имеют некоторые ограничения.

Преимущества:

• Высокая перегрузочная способность по току
• Малые потери во включенном состоянии
• Простота схем управления
• Высокий КПД преобразования энергии
• Надежность и длительный срок службы

Недостатки:

• Односторонняя проводимость (кроме симисторов)
• Сложность принудительного выключения
• Чувствительность к перенапряжениям
• Генерация высших гармоник при фазовом управлении

Как можно преодолеть недостатки силовых тиристоров?

• Использование двухоперационных тиристоров
• Применение снабберных цепей для защиты от перенапряжений
• Использование многопульсных схем для снижения гармоник
• Комбинирование с другими типами силовых полупроводников

Моделирование и расчет схем с силовыми тиристорами

При проектировании устройств на основе силовых тиристоров важную роль играет компьютерное моделирование. Оно позволяет:

• Анализировать работу схем в различных режимах
• Оптимизировать параметры компонентов
• Исследовать переходные процессы
• Оценивать тепловые режимы

Для моделирования тиристорных схем используются специализированные программы, такие как PSIM, Saber, PLECS. Они содержат библиотеки моделей реальных тиристоров и позволяют учитывать их нелинейные характеристики.

Какие основные этапы включает в себя расчет схемы с силовыми тиристорами?

1. Выбор типа тиристора по требуемым параметрам
2. Расчет силовой части схемы
3. Проектирование системы управления
4. Расчет защитных и снабберных цепей
5. Тепловой расчет и выбор системы охлаждения

При расчетах необходимо учитывать такие факторы, как коммутационные перенапряжения, критическую скорость нарастания тока и напряжения, время обратного восстановления тиристоров.

Перспективы развития силовых тиристоров

Несмотря на появление новых типов силовых полупроводниковых приборов, тиристоры продолжают активно развиваться и совершенствоваться. Основные тенденции их развития включают:

• Увеличение предельных токов и напряжений
• Улучшение динамических характеристик
• Повышение рабочих температур
• Интеграция драйверов управления
• Применение новых полупроводниковых материалов (SiC, GaN)

Какие перспективные области применения открываются для силовых тиристоров?

• Высоковольтные линии постоянного тока
• Системы накопления энергии большой мощности
• Электротранспорт (электромобили, электропоезда)
• Возобновляемая энергетика

Развитие силовых тиристоров идет в направлении создания «умных» силовых модулей, объединяющих силовую часть, драйверы, защиту и диагностику. Это позволяет упростить построение преобразовательных устройств и повысить их надежность.

Силовой тиристор в категории «Электрооборудование»

Тиристоры силовые штыревые низкочастотные Т161-250 , Т161-320 , Т161-160

Доставка по Украине

от 250 грн

Купить

Силовые оптронные тиристоры и симисторы ТО115, ТО132, ТО142, ТСО132, ТСО142,ТСО152, ТСО165, ТО125, ТО325

Доставка из г. Днепр

от 65 грн

Купить

Тиристор силовой низкочастотный Т100-13-542 штыревого типа, аналог Т161-125

На складе

Доставка по Украине

150 грн

Купить

Тиристор силовой низкочастотный Т160 класс от 5 до 10. (160А напряжение от 500В до 1000В)

На складе

Доставка по Украине

300 грн

Купить

Тиристор силовий Т161-160

Доставка по Украине

360 грн

Купить

Тиристор силовий Т171-250

Заканчивается

Доставка по Украине

390 грн

Купить

Тиристор Т161-125-18

Доставка по Украине

850 грн

Купить

Тиристоры и диоды силовые таблеточного типа Т163 , Т153, Т243, Т253, Т273 , KP , диоды Д253

Доставка по Украине

от 150 грн

Купить

Тиристор таблеточный силовой Т123-250-18. ..22 кл

Доставка по Украине

359 грн

Купить

Тиристори потужні силові Т132-50 Т132-50-8 , Т132-50-10 , Т132-40 , Т132-25

Доставка из г. Днепр

от 195 грн

Купить

Тиристоры ТБ133-320,ТБ133-400,ТБ233-320,ТБ233-400

На складе

Доставка по Украине

от 1 500 грн

Купить

Тиристоры ТБ143-500,ТБ143-630,ТБ243-500,ТБ243-630 10-22кл

На складе

Доставка по Украине

от 2 400 грн

Купить

Тиристоры ТЛ171-250, ТЛ171-320,ТЛ271-250, ТЛ271-320, ТЛ371-250, ТЛ371-320 8-12кл.

На складе

Доставка по Украине

800 грн

Купить

Тиристоры ТБ153-800-20, ТБ153-1000-20, ТБ253-800-20, ТБ253-1000-20

На складе

Доставка по Украине

3 600 грн

Купить

Тиристоры ТБ153-800-22, ТБ153-1000-22, ТБ253-800-22, ТБ253-1000-22

На складе

Доставка по Украине

3 600 грн

Купить

Смотрите также

Тиристор Т132-50 , Т161-160-10 ,Т132-50-4 та іншого класу

Доставка из г. Днепр

от 385 грн

Купить

Тиристоры ТЛ171-250-12, ТЛ171-320-12, ТЛ271-250-12, ТЛ271-320-12, ТЛ371-250-12, ТЛ371-320-12 8-12кл.

На складе

Доставка по Украине

от 600 грн

Купить

Тиристор быстродействующий ТБ143,ТБИ143, ТБИ243, ТБ153, ТБИ153, ТБИ253, ТБ253 12-22 кл

На складе

Доставка по Украине

от 2 400 грн

Купить

Тиристор быстродействующий ТБИ253-800-12, ТБИ253-800-22

На складе

Доставка по Украине

от 3 500 грн

Купить

Тиристор быстродействующий ТБИ253-1000-12, ТБИ253-1000-22

На складе

Доставка по Украине

от 3 600 грн

Купить

Быстродействующий импульсный тиристор ТБИ143-630-12, ТБИ243-630-22

На складе

Доставка по Украине

от 2 400 грн

Купить

Тиристор быстродействующий ТБ153-1000-22, ТБ153-800-22

На складе

Доставка по Украине

3 600 грн

Купить

Тиристор быстродействующий импульсный ТБИ153-1250, ТБИ153-1000, ТБИ153-800

На складе

Доставка по Украине

от 3 600 грн

Купить

Быстродействующий импульсный тиристор ТБИ133-250, ТБИ133-320,ТБИ133-400 12-22кл

На складе

Доставка по Украине

от 1 700 грн

Купить

Тиристор Т123-250-16

Доставка по Украине

Цену уточняйте

Тиристор лавинный ТЛ271-250-10

Доставка по Украине

Цену уточняйте

Тиристор Т343-630-24

Доставка по Украине

Цену уточняйте

Тиристор Т453-800-32

Доставка по Украине

Цену уточняйте

Тиристор Т161-160

Доставка по Украине

1 110 грн

Купить

GE Power Conversion — тиристорные преобразователи Powersemi

Силовая электроника

Наш высокий отраслевой стандарт Powersemi для различных применений

Powersemi с воздушным охлаждением (PA)

Описания PA56, PA75 и PA100 представляют варианты серии преобразователей Powersemi с воздушным охлаждением. Эти преобразователи имеют принудительное воздушное охлаждение и оснащены прессованными тиристорами в дисковых корпусах. Области применения: приводы большой мощности и другие системы электропитания. Подробно это кормление приложений:

• Двигатели постоянного тока
• Синхронные двигатели (двигатель LCI, циклопреобразователь, циклопреобразователь с звеном постоянного тока)
• Асинхронные двигатели (циклопреобразователь)

Конструкция и электрические характеристики основаны на нашем многолетнем опыте работы с преобразователями максимальной мощности. диапазон. Powersemi убеждает своей модульной конструкцией и надежной технологией. Преобразователи соответствуют высоким отраслевым стандартам и полностью отвечают требованиям операторов крупных промышленных предприятий в отношении безопасности, удобства обслуживания и эксплуатационной готовности.

Преобразовательные шкафы ПА56, ПА75 и ПА100 сконструированы таким образом, что могут быть реализованы любые схемные решения и режимы работы на основе трехфазной мостовой схемы. Конструктивная концепция учитывает различные требования к преобразователям в диапазоне высокой мощности привода. Блоки PA56, PA75 и PA100 позволяют реализовать однонаправленные и двунаправленные преобразователи с симметричными по мощности или несимметричными тиристорными силовыми секциями.

Powersemi с водяным охлаждением (PW)

Компания GE Power Conversion имеет большой опыт в разработке и производстве сильноточных блоков с диодами и тиристорами. Параллельно соединенные полупроводники (диод или тиристор) в токовой цепи B6 или 1/2 B6 обеспечивают высокую масштабируемость преобразователя в диапазоне токов от 12,5 кА до 45 кА при напряжениях от 460В до 1360В.

Модули PW и используемые в них компоненты силовой электроники отвечают самым высоким промышленным стандартам. Конструкция и электрические характеристики основаны на нашем многолетнем опыте работы с преобразователями вплоть до самого высокого диапазона мощности. Преобразователи соответствуют высоким отраслевым стандартам и полностью отвечают требованиям операторов крупных промышленных предприятий в отношении безопасности, удобства обслуживания и эксплуатационной готовности.

Модули ПВ сконструированы таким образом, что могут быть реализованы комплекты преобразователей любой схемной конфигурации и режима работы:

• Преобразователи 6-, 12-, 24-импульсные параллельные тиристоры/преобразовательные вставки
• Несимметричные кольцевые бестоковые двунаправленные преобразователи

Для питания:

• Двигатели постоянного тока
• Синхронные машины (двигатель BL, прямой преобразователь, преобразователь DI, пусковой преобразователь)
• ЭЛЕКТРОЛИЗ
• КОМПАНИЕ БАСКОВЫХ БАКТИНЕЙ

LV3000 AFE

Снижение следа, меньшее количество деталей и повышенная надежность

Подробнее

LV7 Промышленные диски

Высокопроизводительные модульные приводы низкого напряжения

Высокопроизводительные модульные приводы для промышленных применений

Подробнее

Модульные многоуровневые приводы MM7

Модульный многоуровневый преобразователь для различных приложений, основанный на проверенной и проверенной технологии MV7

Подробнее

MV3000 AFE

Низковольтное преобразование энергии и управление для глобальных промышленных и энергетических приложений

Подробнее

Маломощные частотно-регулируемые приводы MV6 (VSI)

Гибкий привод общего назначения среднего напряжения

Подробнее

Преобразователи частоты MV7 (VSI)

Технология привода среднего напряжения и средней мощности для эффективного и гибкого управления мощностью

Подробнее

Приводы SD7000 (LCI)

Технология привода, обеспечивающая эффективное и гибкое управление электроэнергией

Подробнее

Статическая частота и возбуждение

Комбинация оборудования статического возбуждения и статического преобразователя частоты обеспечивает плавный запуск генератора при управлении изменением мощности сети с помощью единого интерфейса для управления электростанцией.

Подробнее

VDM25000

Высоковольтный привод GE VDM25000 представляет собой модульный многофазный морской привод, полностью защищенный от ударов и имеющий прямое охлаждение морской или пресной водой.

Дополнительная информация

Реализация Thyristor Model — Simulink

Реализация Thyristor Model

Библиотека

Фундаментальные блоки / электроника

SIMSCAPE / Electrical / Specialized Power Systems / Power Electronics

66667. полупроводниковое устройство, которое можно включить с помощью сигнала затвора. модель тиристора моделируется как резистор Ron, индуктор Lon и источник постоянного напряжения представляющее прямое напряжение Vf, соединенное последовательно с переключателем. Переключатель управляется логическим сигналом, зависящим от напряжения Vak, тока Iak и управляющего сигнала g.

Тиристорный блок также содержит последовательную цепь демпфера Rs-Cs, которую можно включается параллельно тиристорному устройству.

Статическая характеристика VI этой модели показана ниже.

Тиристорный прибор включается при замыкании анод-катод В _ак напряжение больше Вф и на вход затвора подается положительный импульсный сигнал (g > 0). Высота импульса должна быть больше 0 и длится достаточно долго, чтобы позволить анодному току тиристора стать больше, чем ток фиксации Ил .

Тиристорное устройство отключается, когда ток, протекающий в устройстве, становится равным 0 (Iak = 0) а на аноде и катоде появляется отрицательное напряжение не менее чем на время, равное к моменту выключения Tq. Если напряжение на устройстве становится положительным в течение время меньше, чем Tq, устройство включается автоматически, даже если стробирующий сигнал низкий (g = 0) и анодный ток меньше тока фиксации. Кроме того, если во время включения устройство амплитуда тока остается ниже уровня фиксирующего тока, указанного в диалоговом окне, устройство выключается после того, как уровень стробирующего сигнала становится низким (g = 0).

Время выключения Tq представляет собой время восстановления несущей: это интервал времени между момент, когда анодный ток уменьшился до 0, и момент, когда тиристор способен выдерживания положительного напряжения Vak без повторного включения.

Параметры

Модель тиристора и подробная модель тиристора

Для оптимизации скорости моделирования доступны две модели тиристоров: модель тиристора и детальная модель тиристора. Для модели тиристора ток фиксации Il и время восстановления Tq принимаются равными 0 .

Сопротивление Ron

Внутреннее сопротивление тиристора Ron, в омах (Ом). По умолчанию

0,001 . Параметр Resistance Ron не может быть установлен на 0 , когда установлен параметр Inductance Lon до  0 .

Индуктивность Lon

Внутренняя индуктивность тиристора Lon, в генри (Гн). По умолчанию 0 для тиристорных блоков и 1e–3 для подробного Тиристорные блоки. Параметр Inductance Lon обычно устанавливается на 0 , за исключением случаев, когда установлен параметр Resistance Ron . до 0 .

Прямое напряжение Vf

Прямое напряжение тиристора, в вольтах (В). По умолчанию 0,8 .

Начальный ток Ic

Когда параметр Inductance Lon больше 0 можно указать начальный ток, протекающий через тиристор. Это обычно устанавливается на 0 , чтобы запустить моделирование с заблокированным тиристором. По умолчанию 0 .

Можно указать значение Начальный ток Ic , соответствующее конкретное состояние цепи. В таком случае все состояния линейной цепи должны быть установлены соответственно. Инициализация всех состояний силового электронного преобразователя является сложной задачей. Поэтому этот вариант полезен только с простыми схемами.

Сопротивление снаббера Rs

Сопротивление снаббера в омах (Ом). По умолчанию 500 . Установить Демпферное сопротивление Rs Параметр Inf Устранить демпфер от модели.

Снабберная емкость Cs

Снабберная емкость в фарадах (F). По умолчанию 250e-9 . Установить Снабберная емкость Параметр Cs до 0 для устранения снаббер, или инф , чтобы получить резистивный снаббер.

Показать измерительный порт

Если выбрано, добавьте выход Simulink ^® в блок, возвращающий ток и напряжение тиристора. По умолчанию выбрано.

Ток фиксации Il

Ток фиксации подробной модели тиристора в амперах (А). По умолчанию 0,1 . Этот параметр специфичен для детализированного тиристора. блоки.

Время выключения Tq

Время выключения Tq подробной модели тиристора в секундах (с). По умолчанию 100e–6 . Этот параметр специфичен для детализированного тиристора. блоки.

Входы и выходы

g

Сигнал Simulink для управления затвором тиристора.

m

Выход Simulink блока представляет собой вектор, содержащий два сигнала. Вы можете демультиплексировать эти сигналы при помощи блока Bus Selector, предоставленного в библиотеке Simulink.

Signal	Definition	Units
1	Thyristor current	A
2	Напряжение тиристора	В

Допущения и ограничения

Блок Тиристор реализует макромодель реального тиристора. Он не принимает во внимание учитывать либо геометрию устройства, либо сложные физические процессы, которые моделируют поведение устройства [1, 2]. Прямое напряжение пробоя и критическое значение производной повторно приложенное напряжение анод-катод не учитывается в модели.

В зависимости от значения индуктивности Lon блок тиристора моделируется либо как источник тока (Lon > 0) или как цепь с переменной топологией (Lon = 0). Тиристорный блок не могут быть соединены последовательно с катушкой индуктивности, источником тока или разомкнутой цепью, если только используется демпферная цепь.

Индуктивность Lon принудительно устанавливается на 0, если вы решите дискретизировать схему.

Примеры

В силовом_тиристоре Например, одноимпульсный тиристорный выпрямитель используется для питания нагрузки RL. Импульсы затвора получают от генератора импульсов, синхронизированного по напряжению источника. Следующие параметры использовано:

R		1 Ω
L		10 mH
Thyristor block:	Ron	0. 001 Ω
	Lon	0 H
	Vf	0.8 V
	Rs	20 Ω
	Cs	4e-6 F

Угол открытия регулируется генератором импульсов, синхронизированным с источником напряжения. Запустите моделирование и наблюдать ток нагрузки и напряжение нагрузки, а также ток тиристора и Напряжение.

Ссылки

[1] Rajagopalan, V., Компьютерный анализ мощности Electronic Systems , Marcel Dekker, Inc., New York, 1987.

[2] Mohan, N., T.M. Унделанд и В.П. Роббинс, Власть Электроника: преобразователи, приложения и дизайн , John Wiley & Sons, Inc.