Тиристори принцип на работа, дизайн, видове и методи на включване

Принципът на тиристора

Тиристорът е електрическо захранване, което не е изцяло контролирано от ключ. Ето защо, от време на време в техническата литература се нарича тиристор с една операция, който може да бъде преобразуван в проводящо състояние само чрез управляващ сигнал, т.е. разрязан. За да го изключите (при работа при непроменен ток), трябва да се вземат специални мерки, за да се гарантира, че токът напред ще намалее до нула.

Тиристорният ключ може да провежда ток само в една посока, а в затворено състояние може да издържи както директно, така и обратно напрежение.

Тиристорът има четирислойна p-n-p-n структура с 3 извода: анод (А), катод (С) и контролен електрод (G), както е показано на фиг. 1

Фиг. 1. Обикновени тиристори: а) - условно графично обозначение - б) - характеристика на токово напрежение.

На фиг. 1, b представлява семейство изходни статични I-VCs с различни стойности на управляващия ток iG. Ограничаващото директно напрежение, което се поддържа от тиристора без включването му, има най-високи стойности при iG = 0. При увеличаване на тока iG, директното напрежение, поддържано от тиристора намалява. Включеното състояние на тиристора съответства на клон II, изключен - клон I, към процеса на включване - клон III. Задържащият ток или поддържащият ток е равен на малката допустима стойност на предния ток iA, при който тиристорът остава в проводящо състояние. Тази стойност също съответства на ниска вероятност за директно понижение на напрежението в включения тиристор.

Клонът IV представлява зависимостта на изтичащия ток от обратното напрежение. Когато пренапрежението превиши стойността на UBO, се получава рязко увеличение на циркулиращия ток, дължащо се на разпадането на тиристора. Разграждащият характер може да съответства на необратим процес или на процес на разрушаване на лавини, характерна работа на полупроводников ценеров диод.

Тиристорите са по-силни електрически ключове, способни да превключват схеми с напрежение до 5 kV и токове до 5 kA при честота, по-малка от 1 kHz.

Конструкцията на тиристорите е показана на фиг. 2.

Фиг. 2. Изграждане на тиристорни тела: а) - таблетка-б) - щифт

Тиристор в непроменлива токова верига

Обръщайки обикновен тиристор се осъществява чрез прилагане на положителния текущ контрол на импулса схема по отношение на катода полярност. На продължителността на преходния процес, когато натоварването има значителен характер ефект (активен, индуктивен и така нататък.), Амплитудата и уби управление на скоростта на IG токов импулс, температурата на структурата на тиристорен полупроводници, приложено напрежение и натоварване на ток. тиристор на верига, съдържащ трябва да се появи невалидни стойности увеличават скоростта на директен duAC / DT напрежение, където може да настъпи спонтанно превключване в отсъствието на Ig контролен сигнал тиристор и уби курс Диа / DT ток. В същото време стръмността на управляващия сигнал трябва да бъде висока.

Сред методите за изключване на тиристорите е обичайно да се прави разлика между естественото изключване (или естествено превключване) и принудителната (или изкуствената комутация). Естественото превключване се получава, когато тиристорите работят в вериги на променлив ток в момента на текущото разпадане до нула.

Методите на принудително превключване са много разнообразни. По-типично за тяхното проследяване: свързване на предварително заредена кондензатор С клавиша S (Фигура 3a) - Връзка LC-веригата на предварително заредена кондензатор CK (Фигура 3 б) - въвеждане на осцилаторна характер на процеса на преход в веригата товар (Фигура 3, в ).

Фиг. 3. Методи за изкуствено превключване на тиристори: а) - средства за заредения кондензатор C-b) - средства за осцилаторно изпускане на LC-контур-c) - поради вибрационния характер на товара

При превключване съгласно схемата на фиг. 3, а свързването на превключващ кондензатор с обратна полярност, например друг спомагателен тиристор, ще доведе до изпускането му в управляващия главен тиристор. Тъй като разрядният ток на кондензатора е ориентиран към постоянен ток на тиристора, той се свежда до нула и тиристорът се изключва.

В схемата на фиг. 3b, свързването на схемата LC предизвиква колебание на разрядния кондензатор Ck. С всичко това, първо течността протича през тиристора срещу неговия постоянен ток, когато те станат равни, тиристорът се изключва. Освен това токът на схемата LC протича от тиристора VS до диода VD. Докато токът на цикъла протича през диода VD, обратното напрежение, равно на падането на напрежението през отворения диод, ще бъде приложено към тиристора VS.

В схемата на фиг. 3, включването на тиристор VS върху всеобхватното RLC натоварване ще доведе до преходен процес. За някои параметри на натоварването, този процес може да има осцилативен характер с конфигурация на полярността на товарния ток i n. В този случай, след изключване на тиристора VS, диодът VD е включен, който започва да извършва ток на полярната полярност. От време на време този метод на превключване се нарича квази-естествен, защото е свързан с конфигурацията на полярността на товарния ток.

Тиристор в схема с променлив ток

Когато тиристорът е свързан към електрическата верига, могат да се изпълнят следните операции:

• включване и изключване на електронната верига с активен и активно реактивен товар,

• променете средните и текущите стойности на тока през товара благодарение на факта, че е възможно да се регулира момента, в който се използва управляващият сигнал.

Тъй като тиристорният ключ е в състояние да провежда електронен ток само в една посока, а след това да използва тиристори с променлив ток, прилага се противоположно паралелно свързване (фиг.4, а).

Фиг. 4. Контра-паралелно свързване на тиристори (a) и текуща форма с активен товар (b)

Средните и действителните стойности на тока се променят в зависимост от конфигурацията на момента на отваряне на сигналите за отваряне към тиристорите VS1 и VS2; поради конфигурацията на ъгъла и (фигура 4, Ь). Стойностите на този ъгъл за тиристорите VS1 и VS2 под контрол се променят незабавно с помощта на системата за управление. Ъгълът се нарича ъгъл на управление или ъгълът на отключване на тиристора.

По-широко приложение в електрическите апарати е получило фаза (фиг.4, a, b) и контрол на ширината на импулсите на тиристорите (Фиг.4, с).

Фиг. 5. Вид на напрежението на товара, когато: а) - фазово управление на тиристора, б) фазово управление на тиристор с принудително превключване, c) контрол на ширината на импулса на тиристора

При метода за фазово управление на принудително превключващ тиристор регулирането на товарния ток може да се дължи както на конфигурацията на ъгъла α, така и на ъгъла θ. Изкуствената комутация се осъществява с помощта на специални възли или с използването на 100% контролирани (заключени) тиристори.

В случай на управление на широчината на импулса (PWM) управляващият сигнал се прилага към тиристорите по време TOCTR, те са отворени и напрежението UH се прилага към товара. По време на времето Tzakr липсва управляващият сигнал и тиристорите са в непроводящо състояние. Ефективната стойност на тока в товара

където In.m. - натоварващ ток при Taccr = 0.

Кривата на товарния ток в nonsinusoidality фазата контролни тиристори, което води до нарушаване на мрежовото напрежение и сътресения на потребителите, които са чувствителни към честота намеса - там е наречен така, електрически сравними.

Заключващи се тиристори

Тиристорите са по-силни електрически превключватели, използвани за превключване на високоволтови и високо токови вериги. Но те имат значителен недостатък - непълна маневреност, която се проявява във факта, че за да ги изключите, е необходимо да се създадат условия за намаляване на текущия ток до нула. Това почти във всички случаи ограничава и усложнява въвеждането на тиристори.

За да се премахне този недостатък, се развиват тиристори, заключени със сигнал върху управляващия електрод G.Тази тиристори се наричат ​​заключени (GTO - Gate turn-off thyristor) или дву-операционни такива.

Заключващи тиристори (ST) имат структура с четири PN-PN, но в същото време притежават редица съществени характеристики на дизайна, които им дават добро фундаментално от конвенционалните тиристори - имот пълна маневреност. Статичната I-V характеристика на заключените тиристори в посока напред е подобна на VAC на обикновените тиристори. Но за да се блокират огромните обратни напрежения, заключващият се тиристор обикновено е неспособен и често се свързва към паралелно свързания диод обратно-назад. В допълнение, за заключени тиристори са характерни значителни капки напрежение напред. За да изключите тиристорен отклонението трябва да бъде представен на контролния електрод мощен отрицателен импулс на ток верига (приблизително 1: 5 по отношение на стойността на постоянния ток, когато е изключена), а по-скоро кратка продължителност (10-100 милисекунди).

Заключените тиристори също имат по-ниски стойности на ограничаващи напрежения и токове (приблизително 20-30%) в сравнение с обикновените тиристори.

Основни видове тиристори

В допълнение към заключените тиристори е разработена широка палитра от тиристори от различни типове, различаващи се в скоростта, контролни процеси, посока на течения в проводящо състояние и т.н. Сред тях следва да се подчертаят следните видове:

• тиристорен диод, който е еквивалентен на тиристор с диод, свързан паралелно паралелно (фигура 6.12, а);

• диоден тиристор (динистор), който преминава в проводящо състояние, когато се прилага определено ниво на напрежение, което се прилага между А и С (фиг.6, Ь);

• Заключващ се тиристор (Фигура 6.12, с);

• симетричен тиристор или триак, което е еквивалентно на два противоположно свързани паралелно тиристори (Фигура 6.12, d);

• високоскоростен инверторен тиристор (време за изключване 5-50 μs);

• тиристор с полево управление на контролния електрод, например, въз основа на състава на MOSFET с тиристор;

• оптицист, контролиран от светлинния поток.

Фиг. 6. Подобни графични тиристори предназначение: а) - тиристорен-диод б) - диод тиристорни (dynistor) - в) - заключващ тиристорен г) - триак

Тиристорна защита

Тиристори са устройства към критичната скорост на нарастване на текущата напред Диа / DT и директен duAC / DT напрежение. Тиристори като diodikam, просмукване явление присъщо възстановяване на циркулиращия ток, остър ро до нула което намалява възможността на удари с най-високата стойност duAC / DT. Това се дължи на пренапрежение внезапно прекъсване на тока в индуктивни елементи верига, включително малки монтаж индуктивност. Следователно, за да се предпази тиристорите обикновено използват различни верига TSFTP че при динамични условия произвежда защита срещу вредните Диа / DT стойности и duAC / DT.

Почти винаги вътрешното индуктивно съпротивление на източниците на напрежение, влизащи в схемата на тиристор, е достатъчно, за да не се въведе допълнителна индуктивност LS. Ето защо на практика често се налагат CFTs, ​​които намаляват нивото и скоростта на свръхнапрежения при изключване (Фигура 7).

За тази цел, обикновено използват RC-вериги, свързани паралелно тиристор. Има различни модификации на схеми на RC вериги и методи за изчисляване на техните характеристики за различни критерии за използване на тиристори.

За заключващи се тиристори се използват схеми за формиране на линия на превключване, подобни на схемата на CFTP на транзисторите.