Тиристорный ключ переменного тока. Тиристорные ключи переменного тока: принцип работы и применение

Как работают тиристорные ключи переменного тока. Каковы их преимущества перед механическими реле. Какие схемы включения тиристорных ключей существуют. Где применяются тиристорные ключи в электронике и электротехнике.

Содержание

Принцип работы тиристорного ключа переменного тока

Тиристорный ключ переменного тока представляет собой электронное устройство, предназначенное для коммутации цепей переменного тока. В отличие от механических реле, тиристорные ключи не имеют подвижных частей, что обеспечивает их высокую надежность и быстродействие.

Основным элементом тиристорного ключа является тиристор — полупроводниковый прибор с тремя p-n переходами. Тиристор способен пропускать ток только в одном направлении и переходит в проводящее состояние при подаче управляющего сигнала на его управляющий электрод.

Преимущества тиристорных ключей перед механическими реле

Тиристорные ключи имеют ряд важных преимуществ по сравнению с традиционными электромеханическими реле:

Высокое быстродействие (время переключения менее 1 мс)
Отсутствие механического износа и искрения контактов
Бесшумность работы
Высокая надежность и большой ресурс
Малые габариты
Возможность управления большими токами при малой мощности управления

Благодаря этим преимуществам тиристорные ключи широко применяются в современной силовой электронике и автоматике.

Схемы включения тиристорных ключей переменного тока

Существует несколько основных схем построения тиристорных ключей переменного тока:

1. Однополупериодная схема

Простейшая схема содержит один тиристор, включенный последовательно с нагрузкой. Такой ключ пропускает ток только в одном направлении в течение одного полупериода переменного напряжения.

2. Двухполупериодная схема со встречно-параллельным включением тиристоров

Для обеспечения протекания тока в обоих направлениях применяется схема с двумя встречно-параллельно включенными тиристорами. Это позволяет коммутировать переменный ток в течение обоих полупериодов.

3. Схема с симистором

Симистор (симметричный тиристор) способен проводить ток в обоих направлениях. Его применение позволяет упростить схему ключа до одного силового элемента.

Области применения тиристорных ключей переменного тока

Тиристорные ключи нашли широкое применение в различных областях электроники и электротехники:

Регуляторы мощности в бытовой технике (диммеры, регуляторы оборотов двигателей)
Системы плавного пуска электродвигателей
Источники бесперебойного питания
Сварочные аппараты
Зарядные устройства
Системы управления освещением
Преобразователи частоты

Универсальность и надежность тиристорных ключей обеспечивает их востребованность в самых разных устройствах силовой электроники.

Особенности управления тиристорными ключами

Для эффективного управления тиристорными ключами переменного тока необходимо учитывать ряд важных особенностей:

Тиристор открывается только при положительном напряжении на аноде
Для надежного открытия требуется импульс тока в цепи управления
Закрывание тиристора происходит при снижении тока до нуля
Необходима синхронизация управляющих импульсов с сетевым напряжением

Правильный учет этих факторов позволяет реализовать эффективное и надежное управление тиристорными ключами в различных схемах.

Защита тиристорных ключей от перенапряжений

При коммутации индуктивных нагрузок на тиристорах могут возникать опасные перенапряжения. Для защиты ключей применяются следующие методы:

RC-цепочки, подключаемые параллельно тиристорам
Варисторы для ограничения напряжения
Снабберные цепи на основе диодов и конденсаторов
Применение тиристоров с встроенной защитой от dU/dt

Правильно спроектированная схема защиты обеспечивает надежную работу тиристорного ключа в любых режимах.

Перспективы развития тиристорных ключей

Несмотря на появление новых типов силовых полупроводниковых приборов, тиристорные ключи сохраняют свою актуальность. Основные направления их совершенствования:

Повышение рабочих напряжений и токов
Улучшение динамических характеристик
Интеграция управляющих схем
Применение новых материалов (SiC, GaN)
Оптимизация конструкции для снижения потерь

Это позволяет расширять области применения тиристорных ключей и повышать эффективность устройств на их основе.

ительно, в конце положительного полупериода ток нагрузки становится меньше «удерживающего» и тиристор закрывается автоматически.

Тиристорные устройства переменного тока условно можно разбить на два класса:

тиристорные релейные устройства, в которых тиристор в состоянии «включено” каждый положительный полупериод питающего напряжения открыт и пропускает на нагрузку почти полностью полуволну напряжения, а в состоянии «отключено» тиристор закрыт в оба полупериода и практически не пропускает ток в нэгрузку;

тиристорные регуляторы среднего 8нйчения напряжения. В этих устройствах регулирование среднего напряжения на нагрузке обеспечиваетвя подачей управляющего сигнала в каждый положительный полупериод напряжения питания, но в резные, считая от начала полупериода, моменты времени.

В настоящей работе будут рассмотрены только релейные устройства, поскольку тиристорные регуляторы ореднего значения напряжения подробно рассматриваются в курсе «Автоматизированный электропривод».

В дальнейшем простейший тиристорный релейный элемент будем называть ключом, а тринистор тиристором.

Способы управления тиристорным ключом

В зависимости от формы управляющего сигнала различают три способа управления тиристорным ключом;

сигнал управления длительный, подается с начала положительного полупериода или раньше, например, от внешнего источника постоянного напряжения или от источника питающего напряжения;

сигнал управления кратковременный (импульсный) снимается с рабочих электродов тиристоре;

сигнал управления в виде периодической последовательности импульсов, подаваемый от внешнего генератора.

В зависимости от этих способов управления выделяют три схемы тиристорных ключей:

тиристорный ключ с длительным сигналом управления;

тиристорный ключ с кратковременным сигналом управления;

тиристорный ключ с внешним генератором управляющего сигнала.

Тиристорный ключ с длительным сигналом управления

Схема простейшего тиристорного однойолупериодного ключа о длительным сигналом управления приведена на рио. и и /?у (точка 2 на рис. 1,г). Максимальное значение £ и можно определить, если принять, что при замкнутом $ / (разомкнутом £% ) тиристор открывается в момент, когда

Управления достигает значения тока спрямления 1 у . Тогда после несложных преобразований на выражения (I) получим, что

(2)

В конца каждого положительного полупериода ток нагрузки становится кеныш “удерживающего“, тиристор закрывается и остается в зтов состоянии на нроткжеиии всего отрицательного полудержодадаже при замкнутом Sf (рааоикнуто»)

Отключение тиристорного ключа происходит нос» раанык&вви

а)

2. ОднополупериодныЙ тиристорный ключ: 8 — последова тельная схема; б параллельная схема; в времен ные диаграммы

(замыкания S% ) в первый отрицательный полупериод, Таким образом, время включения * выключения тиристоре в данном олучае не превышает одного полупериода питающего напряжения после по, дачи или снятия управляющего сигнала.

В качестве коммутационного устройства (*$*) обычно используют: магнитоуправляемые контакты (герконы), что позволяет гальванически развязать цепи управления и нагрузки; транзистор, работающий в режиме переключения, стабилитрон, дроосаль насыщения без подмагничивания, дадиотор, маломощный тринистор, двухбазовый диод и т.д. Все эти устройства представляют собой реле и обладают усшштельмнмв свойствами. Поэтому рассматриваемый тиристорный ключ является,по существу, двухкаскэдньш релейным усилителем»

Ё заключение следует отметить, что схема на рис. 2га представляет собой реле q нормально закрытым выходным тиристором, что эквивалентно электромагнитному реле с нормально открытыми контактами, а на рис. 2,6 реле с нормально открытым тиристором, что эквивалентно нормально закрытым контактам.

Тиристорный ключ о кратковременным сигналом управления

Схемы однополупериодного ш двухполупериодного тиристорного ключе с кратковременным сигналом управления и их временные диаграммы приведены не рис.

3. Из рио. 3,а видно, что схема данного однополупериодного ключа отличается от схемы на рис.

а только цепью управления, которая включена параллельно рабочим электродам тириотора V$і . Это и определяет кратковременность сигнала управления. Рабочие же процессы, протекаю. щие в обоих охемах, зв исключением формирования сигнала управления, идентичны. Поэтому рассмотрим эдеоь лишь процесс формирования сигнала управления.

Из рис. 3,а и рис. 3,в видно, что при замкнутом коммутационно« устройстве $ і и закрытом тиристоре в начале каждого положительного полупериода при схеме протекает ливь ток управления .о

В момент времени £ нагруэочная прямая становится

карательной к вольт-емперной характеристике тиристора и он

ТІ

Рме. 3. ОднополупериодныЯ (а) и двухлолулериодный (б) тиристорный ключ ■ временные диаграммы (в,г)

релейно открывается. При этой напряжение между анодом и катодом падает до величины оататочного напряжения (порядка I,5…

3 В), и управляющий ток снижается до незначительной величины. /—клемма 2 течет незначительный ток управления тиристора /&1. Однако обе тиристора при этом закрыты, так как пока еще не выполняется условие их открывания.

При тиристор открывается, ток его управления

уменьшается практически до нуля, а по цепи клемма I —резистор Йи —— анод катод тиристора —— клемма 2 течет ток нагрузки. В конце положительного полупериода тиристор /£/ закрывается.

В начале отрицательного полупериода (при оба тиристора закрыты. Однако по цепи клемма 2 —диод /Дг —<резистор йу —— устройство —»-переход УЭ катод тиристора /£% —резистор Кн клемма I течет ток управления тиристора * который открывается при . При этом ток управления уменьшается до нуля, а по цепи клемма 2 —— анод-катод тиристора У52 —резистор £н клемма I течет ток нагрузки.

Таким образом, в данной охеме при аамкнутом устройстве в оба полупериода питающего напряжения протекает ток нагрузки.

Выключение тиристорного ключе происходит после размыкания устройства .£>/ в конце полупериода питающего напряжения.

При этой оба тиристора окажутся закрытыми, а ток нагрузки будет практически равен нулю.

Материал взят из книги Бесконтактные полупроводниковые релейные устройства электроавтоматики (Асмолов Г.И.)

Симисторный ключ переменного тока

Известны тиристорные ключи переменного тока, содержащие два встречно-параллельно соединенных коммутирующих тиристора, последовательно с которыми включена нагрузка и цепочка, состоящая из последовательно включенных конденсатора, резистора и диода, причем место соединения конденсатора и резистора через резистор подключено к управляющему электроду одного из коммутирующих тиристоров. Однако известные тиристорные ключи переменного тока не обладают свойствами са удержания во включенном состоянии и не гут работать на емкостную нагрузку. Цель изобретения — обеспечение самоудержания во включенном состоянии и возможности коммутировать емкостную нагрузку,С этой целью параллельно-последовательно соединенным нагрузке и коммутирующим тиристорам дополнительно включена цепочка, состоящая из последовательно включенных тиристора, диода и двух резисторов, причем управляющий электрод тиристора через резистор и диод подключен к месту соединения нагрузки с коммутирующими тиристорами, а место соединения резисторов через конденсатор подключено к управляющему электроду соответствующего коммутирующего тиристора, 5 катод которого подключен к управляющемуэлектроду через диод. На чертеже изображена принципиальнаясхема тиристорного ключа переменного тока.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

Обозначение и принцип действия симистора: объяснение для «чайников»

Радиопилюля

Тиристоры устройство схемы включения применение. Тиристорный ключ постоянного тока

Популярные симисторы ON SEMICONDUCTOR

Симистор принцип работы

4. 2 Электронный предохранитель

Обозначение и принцип действия симистора: объяснение для «чайников»

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Симисторный регулятор мощности своими руками

Обозначение и принцип действия симистора: объяснение для «чайников»

Наиболее широкое распространение получили устройства коммутации цепей переменного тока, с использованием тиристоров. Они обеспечивают высокий КПД, достаточное быстродействие и высокую надежность. На Рис. В схеме приведенной на Рис. Обойтись без диодов позволяет использование в качестве коммутирующего элемента симистора. Для управления симистором с помощью динисторного оптрона необходимо либо введение в схему дополнительного диодного моста Рис. Следует заметить, что схемы с использованием симисторов и включенных встречно-параллельно тиристоров не являются полностью эквивалентными.

Ввиду конструктивных особенностей симистор имеет несколько неодинаковую проводивость в разных направлениях. Поэтому чтобы обеспечить симметричность пропускания сигнала, например в устройствах звуковой техники, обычно используют включенные встречно-параллельно тиристоры. Симисторы серии КУ при положительном напряжении на аноде могут включаться импульсами любой полярности, подаваемыми на управляющий электрод относительно катода, а при отрицательном напряжении на аноде — импульсами только отрицательной полярности.

Учитывая, что ток управления симисторами серии КУ, при комнатной температуре может достигать мА, а для надежной работы схем с оптронным управлением, этот ток недолжен превышать 70 мА, целесообразно предварительно отобрать симисторы по току спрямления.

Для этого подойдет схема приведенная на Рис. Напряжение питания анодной цепи симистора должно соответствовать номинальному для лампы накаливания HL1, рассчитанной на рабочий ток не менее мА. Ток управляющего электрода симистора измеряют, плавно увеличивая его значение резистором R1, до включения лампы. Вполне успешно выполняет функцию защитного выключателя простейшая схема, изображенная на Рис. Данное устройство представляет собой по существу мощный ключ, коммутируемый параллельной емкостью.

Тиристор V2 может быть также открыт перепадом напряжения, возникающим на резисторе R1 при прохождении через него тока более заданной величины, т.

Она выгодно отличается от механического реле за счет своего быстродействия Величина емкости конденсатора С выбирается из условий: C больше или равно1. Максимальная мощность подключаемой нагрузки при использовании указанного вида симистора может достигать Вт. Регулировка фазового угла, а значит и мощности подводимой к нагрузке осуществляется с помощью переменного резистора R2.

Подобное устройство может с успехом применяться в различной бытовой технике. Пороговым элементом, определяющим угол открытия симисторного ключа, здесь служит динистор. Суммарная мощность ламп, при отсутствии радиаторов на симисторе, не должна превышать Вт.

Изображение платы регулятора показано на Рис. На главную страницу. Она выгодно отличается от механического реле за счет своего быстродействия Величина емкости конденсатора С выбирается из условий:. C больше или равно1.

Радиопилюля

Тиристоры нашли широкое применение в полупроводниковых устройствах и преобразователях. Различные источники питания, частотные преобразователи, регуляторы, возбудительные устройства для синхронных двигателей и много других устройств строились на тиристорах, а в последнее время их вытесняют преобразователи на транзисторах. Основной задачей для тиристора является включение нагрузки в момент подачи управляющего сигнала. В этой статье мы рассмотрим, как управлять тиристорами и симисторами.

Для сетей переменного тока выполнение этих условий не вызывает Для закрытия электронного ключа нужно отключить схему от.

Тиристоры устройство схемы включения применение.

Тиристорный ключ постоянного тока

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Войти Регистрация. Управление мощной нагрузкой переменного тока DIY или Сделай сам Tutorial Все знают, насколько ардуинщики гордятся миганием лампочками Так как мигать светодиодами не интересно, речь пойдет про управление лампой накаливания на вольт, включая управление её яркостью. Впрочем, материал относится и к некоторым другим типам нагрузки. Эта тема достаточно избита, но информация об особенностях, которые необходимо учесть, разрозненна по статьям и темам на форумах. Я постарался собрать её воедино и описать различия между схемами и обосновать выбор нужных компонентов.

Симистор принцип работы

Тиристор с двумя выводами А — анод, К — катод , это динистор. Тиристор с тремя выводами А — анод, К — катод, Уэ — управляющий электрод , это тринистор, или в обиходе его называют просто тиристор. Тиристор можно закрыть:. Тиристор может также находиться в закрытом состоянии сколько угодно долго, до прихода запускающего импульса. Тиристоры и динисторы работают как в цепях постоянного, так и в цепях переменного тока. Рассмотрим несколько практических примеров.

4.2 Электронный предохранитель

Существенный недостаток тиристоров заключается в том, что это однополупериодные элементы, соответственно, в цепях переменного тока они работают с половинной мощностью. Избавиться от этого недостатка можно используя схему встречно-параллельного включения двух однотипных устройств или установив симистор. Давайте разберемся, что представляет собой этот полупроводниковый элемент, принцип его функционирования, особенности, а также сферу применения и способы проверки. Это один из видов тиристоров, отличающийся от базового типа большим числом p-n переходов, и как следствие этого, принципом работы он будет описан ниже. Характерно, что в элементной базе некоторых стран данный тип считается самостоятельным полупроводниковым устройством. Эта незначительная путаница возникла вследствие регистрации двух патентов, на одно и то же изобретение. Основное отличие этих элементов от тиристоров заключается в двунаправленной проводимости электротока.

Тиристорный ключ может проводить ток только в одном направлении, а в закрытом тиристоров в цепях переменного тока в момент спадания тока до нуля. . симметричный тиристор или симистор, который эквивалентен двум.

Обозначение и принцип действия симистора: объяснение для «чайников»

На практике часто возникает необходимость управлять при помощи цифровой схемы например, микроконтроллера каким-то мощным электрическим прибором. Это может быть мощный светодиод, потребляющий большой ток, или прибор, питающийся от электрической сети. Рассмотрим типовые решения этой задачи.

В самом деле, реле это же сплошной гемор. Во первых они дорогие, во вторых, чтобы запитать обмотку реле нужен усиливающий транзистор, так как слабая ножка микроконтроллера не способна на такой подвиг. Ну, а в третьих, любое реле это весьма громоздкая конструкция, особенно если это силовое реле, расчитанное на большой ток. Если речь идет о переменном токе, то лучше использовать симисторы или тиристоры. Что это такое?

В различных электронных устройствах в цепях переменного тока в качестве силовых ключей широко применяют тринисторы и симисторы.

Это схема, в которой есть неизолированные металлические части под напряжением! Будьте осторожны и примите все меры предосторожности, чтобы избежать поражения электрическим током. Кроме того, обязательно используйте предохранитель с низким значением отсечки мА , поставив его на провод от аккумуляторной батареи до управляющего электрода. Вы имеете дело с В! Тем из вас, кто имел мало опыта работы с электроникой, не стоит заниматься этим проектом. Ничего не берите на веру.

Принцип действия тиристора. Тиристор является силовым электронным не полностью управляемым ключом. Поэтому иногда в технической литературе его называют однооперационным тиристором, который может сигналом управления переводиться только в проводящее состояние, т. Для его выключения при работе на постоянном токе необходимо принимать специальные меры, обеспечивающие спадание прямого тока до нуля.

Автомобильные тиристоры с возможностью блокировки 1200 В при температуре перехода 150°C 12WY

(40 А) и TN6050HP-12WY (60 А) обеспечивают оптимизированное рассеивание мощности и соответствуют стандарту AEC-Q101 для бортовых зарядных устройств электромобилей мощностью от 3,7 до 22 кВт. Благодаря устойчивости к импульсному току 600 А и надежности включения 200 А/мкс они также подходят для систем управления батареями.

Тиристор TN6050HP-12WY, полностью рассчитанный на работу при 150 °C, обеспечивает устойчивость к перенапряжению 1 кВ/мкс и импульсному напряжению 1400 В, что идеально подходит для работы с разрядами конденсаторов.

Key features

AEC-Q101 qualified
I _T(RMS) = 40 A (TN4050HP-12WY) and 60 A (TN6050HP-12WY)
V _DRM & V _RRM = 1200 В
Интеллектуальное ограничение пускового тока в соответствии с IEC 61000-3-3
Высокий ожидаемый срок службы при переключении переменного тока по сравнению с реле

Примеры применения

Бортовые аккумуляторы электромобилей мощностью от 3,7 до 11 кВт и зарядные устройства электромобилей 90PH309 9 системы управления

Зарядные станции

Реле обхода ИБП

Компания Littelfuse представляет свой первый тиристор SCR, способный выдерживать напряжение 600 В, 40 действ. и температуру перехода 150°C тиристоры выпрямителя (SCR), которые идеально подходят для использования в качестве переключателей для выпрямителей и приложений управления фазой, таких как регулятор напряжения, нагрев и управление скоростью двигателя.

12 июля 2017 г.

Littelfuse, Inc., мировой лидер в области защиты цепей, сегодня представила серию стандартных высокотемпературных кремниевых выпрямителей (SCR) на 40 А, которые идеально подходят для использования в качестве переключателей для выпрямителя и управления фазой. приложений, таких как регулятор напряжения, отопление и управление скоростью двигателя. Новая серия SJxx40x — это первый тиристор SCR от Littelfuse, способный работать при напряжении 600 В, 40 А (среднеквадратичное значение) и температуре перехода до 150°C.

Серия SJxx40x предназначена для предотвращения проблем с перегревом и тепловым разгоном, которые могут возникнуть в SCR из-за ограниченной охлаждающей способности приложения или случайной ситуации перегрузки. Они предназначены для срабатывания всего за несколько миллиампер тока при потенциале менее 1,5 В.

Типичные области применения SCR-тиристоров серии SJxx40x — выпрямители для различных конечных применений, включая полупроводниковые переключатели переменного тока, промышленные электроинструменты, тренажеры, бытовую технику и коммерческое оборудование.

«Конструкторы, которым когда-то приходилось иметь дело с ограниченными возможностями охлаждения, теперь могут воспользоваться преимуществами тиристора SCR с возможностью работы при более высоких температурах, что сводит к минимуму риск неконтролируемого повышения температуры в сложных приложениях», — сказал Коичиро Йошимото, специалист по развитию бизнеса. менеджер в Литтельфузе. «Переход на новую серию SJxx40x позволит обрабатывать больший ток или использовать меньший радиатор для обработки той же мощности».

Тиристоры SJxx40x серии SCR обладают следующими основными преимуществами:

Способны выдерживать высокие токи нагрузки и случайные перегрузки в ограниченных условиях охлаждения из-за высокой температуры перехода (TJ) 150°C.
Доступен в корпусах TO-220AB и TO-263 для поддержки гибких вариантов монтажа для упрощения конструкции устройства.
Высокий ток в открытом состоянии (IT) 40А (среднеквадратичное значение) позволяет SJxx40X выдерживать более высокие токи нагрузки.
Высокая скорость изменения напряжения с течением времени (dv/dt) позволяет SJxx40X выдерживать более высокие линейные шумы и перенапряжения, часто встречающиеся в коммерческих линиях переменного тока.

Для получения дополнительной информации нажмите здесь

Profinet: Создан для открытости и детерминизма

Взгляд на развитие Profinet, от его истоков полевой шины Profibus до его адаптивности в условиях эволюции промышленного Ethernet, и того, как он обеспечивает детерминизм, требуемый многими промышленными пользователями.

Как перейти от концепции к ценности

Новая модель умного производства MESA

Роль финансов в аналитике

Какие отрасли будущего позволят вам создать?

Откройте для себя новый контент

Доступ к бесплатной образовательной библиотеке мира автоматизации!

Разблокируйте обучение здесь

Проверьте свои способности к машинному обучению

Пройдите викторину Automation World по машинному обучению, чтобы подтвердить свои знания!

Пройти тест

Продукты

Система управления

Распределенная система управления Emerson DeltaV версии 15 помогает ускорить и упростить цифровую трансформацию для ускорения конвергенции ИТ/ОТ.

Принцип работы тиристорного ключа переменного тока

Преимущества тиристорных ключей перед механическими реле