Как работают тиристоры в цепях постоянного тока. Какие схемы используются для управления тиристорами. Как применяются тиристоры для коммутации нагрузок постоянного тока. Какие особенности имеет работа тиристоров на постоянном токе.
Принцип работы тиристора в цепи постоянного тока
Тиристор представляет собой полупроводниковый прибор с четырехслойной структурой, который может находиться в двух устойчивых состояниях — закрытом (высокое сопротивление) и открытом (низкое сопротивление). В отличие от схем переменного тока, где тиристор может закрываться естественным образом при смене полярности напряжения, в цепях постоянного тока требуются специальные схемы для его запирания.
Основные особенности работы тиристора на постоянном токе:
- Открывается подачей импульса тока на управляющий электрод
- Остается открытым после снятия управляющего сигнала
- Для закрытия необходимо снизить ток через тиристор ниже тока удержания
- Требуются специальные схемы принудительного запирания
Схемы запирания тиристоров в цепях постоянного тока
Для принудительного закрывания тиристора в цепях постоянного тока применяются специальные схемы запирания. Рассмотрим две основные схемы:
Схема встречного напряжения
Принцип работы:
- Конденсатор предварительно заряжается
- При необходимости закрыть тиристор замыкается ключ
- Конденсатор разряжается на тиристор, создавая встречное напряжение
- Встречное напряжение закрывает переходы тиристора
Преимущество — простота исполнения. Недостаток — возникновение броска напряжения в нагрузке при коммутации.
Схема встречного тока
Принцип работы:
- Конденсатор предварительно заряжается
- При замыкании ключа конденсатор разряжается через трансформатор тока
- Во вторичной обмотке формируется ток, встречный току анода тиристора
- Ток через тиристор снижается ниже тока удержания, что приводит к его закрыванию
Преимущество — отсутствие броска напряжения в нагрузке. Недостаток — необходимость использования трансформатора тока.
Применение тиристоров в схемах управления двигателями постоянного тока
Тиристоры широко применяются для управления двигателями постоянного тока благодаря ряду преимуществ:
- Высокая коммутационная способность
- Малые потери в открытом состоянии
- Возможность плавного регулирования скорости
- Простота схем управления
Рассмотрим типовую схему управления двигателем постоянного тока с помощью тиристора:
- Тиристор включается последовательно с двигателем
- Для запуска на управляющий электрод подается импульс
- Тиристор открывается и пропускает ток через двигатель
- Для остановки применяется схема принудительного запирания
Особенности применения тиристоров в цепях постоянного тока
При использовании тиристоров в схемах постоянного тока необходимо учитывать следующие особенности:
- Требуется схема принудительного запирания
- Необходимо обеспечить достаточный ток управления для надежного открытия
- Следует ограничивать скорость нарастания тока и напряжения
- Важно предусмотреть защиту от перенапряжений
- Требуется схема формирования управляющих импульсов
При правильном учете этих факторов тиристоры позволяют эффективно коммутировать большие мощности в цепях постоянного тока.
Преимущества и недостатки использования тиристоров на постоянном токе
Применение тиристоров в цепях постоянного тока имеет как преимущества, так и определенные недостатки:
Преимущества:
- Высокая коммутационная способность
- Малые потери в открытом состоянии
- Возможность управления большими токами
- Отсутствие подвижных частей
- Высокое быстродействие
Недостатки:
- Необходимость в схемах принудительного запирания
- Сложность реализации реверсивных схем
- Чувствительность к перенапряжениям
- Паразитные коммутационные процессы
Несмотря на недостатки, преимущества тиристоров обуславливают их широкое применение в силовой электронике постоянного тока.
Сравнение тиристоров с другими коммутационными элементами
Для коммутации цепей постоянного тока могут применяться различные элементы. Сравним тиристоры с некоторыми альтернативами:
Тиристоры vs Транзисторы:
- Тиристоры способны коммутировать большие токи
- Транзисторы имеют меньшие потери в открытом состоянии
- Тиристоры проще в управлении
- Транзисторы обеспечивают более высокое быстродействие
Тиристоры vs Электромеханические контакторы:
- Тиристоры имеют значительно больший ресурс
- Контакторы проще в эксплуатации
- Тиристоры обеспечивают бесшумную работу
- Контакторы не требуют схем запирания
Выбор коммутационного элемента зависит от конкретного применения и требований к системе.
Перспективы развития тиристорной техники в системах постоянного тока
Развитие тиристорной техники для цепей постоянного тока идет по нескольким основным направлениям:
- Повышение коммутируемой мощности
- Увеличение быстродействия
- Снижение потерь в открытом состоянии
- Улучшение управляемости
- Интеграция с цифровыми системами управления
Перспективными разработками являются:
- Запираемые тиристоры с улучшенными характеристиками
- Интегральные тиристорные модули со встроенными драйверами
- Гибридные коммутационные элементы на основе тиристоров
- Тиристоры с оптическим управлением
Развитие тиристорной техники позволит создавать более эффективные и надежные системы коммутации постоянного тока для различных применений.
15.4. Закрывание тиристора в цепи постоянного тока
Как было отмечено выше, в схеме выпрямителя тиристор автоматически закрывается при поступлении отрицательной полуволны синусоиды (смене полярности напряжения анод-катод). Если же тиристор применяется в цепях постоянного тока, смены полярности не происходит, и для закрывания тиристора приходится применять специальные схемы запирания, в которых формируется или встречный ток, или встречное напряжение. Схемы запирания тиристора представлены на рис. 15.6.
а) | б) |
Рис. 15.6. Схемы запирания тиристоров в цепях постоянного тока:
Каждая схема содержит коммутирующий
конденсатор С, который предварительно
заряжается от дополнительного источника
питания.
В момент времени, когда нужно
закрыть тиристор, замыкается ключ К, в
качестве которого может быть использован
дополнительный тиристор или транзистор.
На схеме встречного напряжения конденсатор разряжается на тиристор, в результате чего к тиристору прикладывается встречное напряжение. Закрываются переходы П1 и П3, рассасываются заряды в переходе П2, и тиристор закрывается. Главное условие – запасённого в конденсаторе С заряда должно хватить, чтобы поддерживать достаточное по величине встречное напряжение на время завершения переходного процесса закрывания тиристора (см. раздел 14.2). Преимущество схемы – простое исполнение. Недостаток – в момент коммутации происходит бросок напряжения в нагрузке на величину напряжения заряженного конденсатора С.
На схеме встречного тока конденсатор
разряжается на трансформатор тока,
включённый в анодную цепь тиристора.
На вторичной обмотке трансформатора
формируется ток, направленный встречно
току анодной цепи тиристора.
В результате
ток становится меньше тока удержания,
рассасываются заряды в переходе П2, и
тиристор закрывается. Главное условие
– запасённого в конденсаторе С заряда
должно хватить, чтобы поддерживать
достаточный по величине встречный ток
на время завершения переходного процесса
закрывания тиристора. Преимущество
схемы — в момент коммутации не происходит
броска напряжения в нагрузке. Недостаток
– применение трансформатора тока
(трудность технологического исполнения
и большая стоимость изделия).
Контрольные вопросы
1. Приведите примеры использования динистора и тиристора в электронных схемах?
2. Нарисуйте схему ГПН и поясните принцип работы.
3. Чем отличается регулируемый выпрямитель от нерегулируемого? Напишите формулу регулировочной характеристики.
4. Почему в схеме управляемого выпрямителя тиристор закрывается автоматически?
5. Как происходит закрывание тиристора в цепях постоянного тока? Какие схемы применяются для этого?
Лекция 16.
Запираемые тиристоры. Симметричные тиристоры – симисторы16.1. Запираемые тиристоры
Тиристор, способный не только открываться, но и закрываться под воздействием сигнала на управляющем электроде, называется запираемыйтиристор. Условное графическое обозначение и схема замещения запираемого тиристора представлены на рис. 16.1.
а) | б) |
а – условное графическое обозначение; б – схема замещения
Рассмотрим принцип работы запираемого
тиристора, воспользовавшись схемой
замещения. Согласно выражению (14.3) ток
во внешней цепи зависит от коэффициентов
передачи тока эмиттера транзисторов
VT1 иVT2.
Ток
управленияIУ,
поступая на базу транзистораVT2,
увеличивает для него ток базы и коэффициент
передачи тока2.
Тиристор открывается, когда 1 – (1+2)
= 0. Более конкретно это описывается
выражением
. (16.1)
Если теперь ток управления уменьшить до нуля (IУ= 0), тиристор останется открытым, при условии, что ток анода будет больше тока удержания.
Для закрывания тиристора на управляющий
электрод необходимо подать напряжение
отрицательной полярности. Тогда ток
коллектора VT1 будет
протекать по цепи управляющего электрода,
а ток базы транзистораVT2
уменьшится, что приведёт к снижению
коэффициентов передачи тока
, (16.2)
где IЗ– ток
запирания тиристора по управляющему
электроду.
Способность тиристора к запиранию по управляющему электроду характеризуется коэффициентом запирания
. (16.3)
Из выражения (16.3) следует, что коэффициент запирания зависит от коэффициентов передачи тока 1и2и будет тем больше, чем больше2. Это означает, что чем меньше степень насыщения перехода П2 тиристора, тем легче его закрыть по сигналу управляющего электрода. Степень насыщения перехода П2 зависит от тока через тиристор в открытом состоянии, поэтому коэффициент запирания также будет зависеть от тока анода тиристора (рис. 16.2)
Рис. 16.2. Зависимость коэффициента запирания от тока анода
Схема управления запираемым тиристором
должна формировать импульсы положительной
(для открывания) и отрицательной (для
закрывания) полярности относительно
катода. Наиболее просто это можно
сделать, если в цепь управляющего
электрода включить конденсатор (рис.
16.3).
Рис. 16.3. Простейшая схема управления запираемым тиристором
При разомкнутом ключе К конденсатор С заряжается через резистор R1, и на управляющий электрод тиристора поступает импульс положительной полярности. Когда процесс заряда конденсатора закончится, ток управляющего электрода станет равным нулю. Если теперь замкнуть ключ К, начнётся разряд конденсатора С через резисторR2, и на управляющий электрод тиристора поступит импульс отрицательной полярности. Чтобы произошло закрывание тиристора, необходимо выполнить условие
;, (16.4)
где UЗ– напряжение на управляющем электроде, необходимое для запирания тиристора;
IЗ– ток управляющего электрода, необходимый для запирания тиристора;
tЗ– длительность запирающего импульса.
Существуют более сложные схемы управления,
в которых для запирания тиристора
применяется отдельный источник питания,
а также специальные драйверы управления,
как, например, в мощных запираемых
тиристорах, сведения о которых можно
прочитать в литературе [6, 11, 17].
Принципы создания полупроводниковых аппаратов постоянного тока
Переключение тиристора в проводящее состояние осуществляется подачей на его вход управляющего сигнала с определенной длительностью и амплитудой. После снятия управляющего импульса тиристор остается включенным неограниченно долго, если ток в анодной цепи его не снижается до величины, меньшей тока удержания Iуд.
Поэтому при использовании тиристоров в качестве коммутирующих элементов не только для замыкания, но и для размыкания цепей постоянного тока необходимо прибегать к искусственным мерам, обеспечивающим кратковременное прерывание тока в анодной цепи тиристоров или уменьшение его до значений Ia< Iуд.
Практически это может быть реализовано с помощью простых схем, приведенных на рис. 8.1. В схеме на рис. 8.1, а отключение тока нагрузки осуществляется размыканием механического контакта S1, включенного последовательно с тиристором VS.
По истечении времени, достаточного для восстановления управляемости тиристором, контакт S1 может быть вновь замкнут. Цепь при этом остается разомкнутой, так как тиристор находится в выключенном состоянии. Аналогично схема работает и при кратковременном шунтировании тиристора замыкаемым контактом S2, подсоединение которого на рис. 8.1, а показано штриховыми линиями. В обоих случаях через механические контакты протекает полный ток нагрузки, и они должны быть на него рассчитаны. Недостатком подобных схем является также то, что тиристоры в них при возврате контактов в исходное состояние подвергаются воздействию прямого напряжения с высокими значениями скорости нарастания dufdt.
Улучшенным вариантом исполнения коммутационного устройства является схема, приведенная на рис. 8.1, б. Рассмотрим последовательность ее работы. В исходном состоянии тиристор закрыт, напряжение на нагрузке Rн и конденсаторе Ск отсутствует.
Включение схемы осуществляется управляющим сигналом, который необходимо подать на управляющий электрод тиристора. При этом одновременно с током нагрузки Iн = U/Rн через тиристор протекает ток зарядки конденсатора Ск.
Конденсатор заряжается с указанной на рисунке полярностью за время, определяемое постоянной времени цепи t = R1 Ск.
Последующим замыканием контакта S заряженный практически до напряжения источника питания конденсатор Ск подключается параллельно тиристору. Он начинает разряжаться. Причем ток разрядки протекает через тиристор в направлении, противоположном анодному току. При превышении током iC, анодного тока Iн создаются условия для выключения тиристора и обесточивания нагрузки. Такой способ выключения тиристора, называемый принудительным (искусственным) емкостным, является предпочтительным, так как позволяет уменьшить время восстановления управляемости тиристора и скорость приложения напряжения в прямом направлении непосредственно после коммутации тока.
Управление двигателем постоянного тока с помощью тиристора
Тиристоры представляют собой полупроводниковые устройства, предназначенные для коммутации больших мощностей. Как и тиристоры, транзисторы также используются в качестве переключающих устройств. Транзисторы — это крошечные электронные компоненты, которые изменили мир. Мы можем найти их в каждом устройстве, таком как телевизоры, мобильные телефоны, ноутбуки, калькуляторы, наушники и т. д. Текущий. Основные разница между транзистором и тиристором составляет . Транзистору требуется постоянное питание, чтобы оставаться включенным, но в случае тиристора нам нужно запустить его только один раз, и он останется включенным. Для приложений, таких как схема сигнализации, которая должна срабатывать один раз и оставаться включенной навсегда, мы не можем использовать транзистор. Итак, для преодоления этих проблем мы используем Тиристор .
Тиристор работает только в режиме переключения.
Тиристор может использоваться для управления большими постоянными токами и нагрузками. Тиристор ведет себя как Электронная защелка при использовании в качестве переключателя, потому что при однократном срабатывании она остается в состоянии проводимости до тех пор, пока не будет сброшена вручную. В этом проекте мы собираемся показать вам , как управлять нагрузкой или двигателем постоянного тока с помощью тиристора . Вы можете заменить двигатель постоянного тока любой другой нагрузкой постоянного тока и управлять любой цепью постоянного тока.
Необходимый материал
- Источник питания 9 В постоянного тока
- Тиристор – TYN612
- Двигатель постоянного тока (в качестве нагрузки постоянного тока)
- Резистор (510, 1 кОм)
- Переключатель
- Кнопка
- Соединительные провода
Схема цепи
Переключатель S1 в цепи используется для сброса цепи или для выключения тиристора.
Кнопка Push S2 используется для запуска тиристора путем подачи импульса затвора через него. Положение переключателя S1 можно заменить нормально разомкнутым переключателем на тиристоре.
Тиристор — TYN612
Здесь, в названии Тиристор TYN612 , «6» указывает значение повторяющегося пикового напряжения в закрытом состоянии, V DRM и V RRM равно «1000 В» и значение среднеквадратичного значения тока в открытом состоянии, I T (RMS) , составляет 12 А. Тиристор TYN612 подходит для всех режимов управления, таких как защита от перенапряжения, схема управления двигателем, схемы ограничения пускового тока, схемы зажигания емкостного разряда и схемы регулирования напряжения. . Диапазон тока срабатывания затвора (I GT ) составляет от 5 мА до 15 мА. Диапазон рабочих температур от -40 до 125 °C.
Схема контактов тиристора TYN612
Конфигурация контактов тиристора TYN612
Название контакта | Описание | |
1 | К | Катод тиристора |
2 | А | Анод тиристора |
3 | Г | Тиристорные ворота, используемые для срабатывания |
Управление двигателем постоянного тока с помощью тиристорной схемы
Первоначально переключатели S1 и S2 остаются в нормально замкнутом и нормально разомкнутом состоянии соответственно. Когда питание включено, тиристор остается смещенным в обратном направлении до подачи импульса затвора. Для подачи стробирующего импульса мы должны использовать кнопку S2. Когда переключатель S2 замыкается, SCR включается и фиксируется, даже если мы отпускаем кнопку S2.
Если тиристор самостоятельно зафиксировался во включенном состоянии, единственный способ отключить тиристор от проводимости — отключить подачу питания.
Для этого мы используем переключатель S1, который отключает питание схемы, а тиристор сбрасывается или выключается.
Сопротивление R1 используется для обеспечения достаточного тока затвора для включения SCR. Сопротивление R2 используется для уменьшения чувствительности затвора и увеличения способности dv/dt. Таким образом, он предотвращает ложное срабатывание тиристора. Узнайте больше о тиристорах и способах их срабатывания здесь.
Управление двигателем постоянного тока с помощью тиристора / SCR
Анас Эджаз
12 466 просмотров Тиристор представляет собой четырехслойный полупроводниковый прибор, проводящий ток только в одном направлении. Он действует как бистабильный переключатель и работает только тогда, когда на вентиль поступает текущий триггер.
После срабатывания тиристора он остается в состоянии проводимости, пока мы не сбросим его вручную.
Цепи тиристорного переключения можно использовать для управления гораздо большими нагрузками, такими как лампы, двигатели, нагреватели и т. д. В этом руководстве мы покажем, как управлять Двигатель постоянного тока с использованием тиристора TYN612. Двигатель запустится, когда мы подадим импульс на его клемму затвора.
Buy From Amazon
Hardware Required
The following components are required to make a DC Motor Control circuit
| S.No | Components | Value | QTY |
|---|---|---|---|
| 1 | TYN612 Тиристор | 1 | |
| 2 | Двигатель постоянного тока | 1 | |
| 3 | Resistor | 510 ohm, 1k | 1 |
| 4 | Switch | 1 | |
| 5 | Battery | 9V | 1 |
| 6 | Джампер -провода | — | |
| 7 | Plow | 1 |
Tyn612RIED DINELEEL.
0007Цепь управления двигателем постоянного тока
Соединения
- Поместите тиристор на макетную плату и подключите катодную клемму к GND.
- Подсоедините одну клемму двигателя постоянного тока к клемме Anode тиристора, а другую клемму к переключателю.
- Подсоедините вывод затвора тиристора к резистору и нажмите кнопку, как показано на принципиальной схеме.
- Для проверки цепи подключите аккумулятор и замкните переключатель S1. Если вы хотите запустить двигатель, нажмите кнопку, а чтобы выключить двигатель, разомкните переключатель S1.
Пояснение к работе
В этой схеме переключатель S1 используется для СБРОСА или ВЫКЛЮЧЕНИЯ цепи. Когда переключатель S1 замкнут, двигатель не запустится, пока не будет нажата кнопка. Кнопка используется для запуска тиристора путем подачи импульса на клемму затвора тиристора. Как только на затвор подается импульс, тиристор начинает работать, и двигатель включается.
