Mavzu : Tiristorlar I. Kirish Tiristorlarning ta'rifi, turlari

Alohida nazorat kuchlanish manbasidan tiristorni qanday tekshirish mumkin?

Keling, birinchi tiristor sinov sxemasiga qaytaylik, doimiy kuchlanish manbasidan, lekin uni biroz o'zgartiring.
Biz 3-raqamni ko'rib chiqamiz.
U shbu sxemada eshik oqimi alohida manbadan ta'minlanadi. Sifatida tekis batareyadan foydalanish mumkin.
Kn2 tugmachasini qisqa bosish orqali yorug'lik 1-rasmdagi holatda bo'lgani kabi yonadi. Tekshirish elektrodining oqimi kamida 15 - 20 milliamper bo'lishi kerak. Tiristor, shuningdek, Kn1 tugmasini bosish orqali qulflanadi.
4. Dars raqami 4 - “Oʻzgaruvchan tok zanjiridagi tiristor. Puls-faza usuli "
5. Dars raqami 5 - "Zaryadlash moslamasidagi tiristor regulyatori"
Ushbu darslar oddiy va qulay shaklda yarimo'tkazgichli qurilmalar: dinistorlar va tiristorlar haqida asosiy ma'lumotlarni ko'rsatadi.
Dinistor va tiristor nima, tiristorlar turlari va ularning volt-amper xarakteristikalari, doimiy va o'zgaruvchan tok zanjirlarida dinistorlar va tiristorlarning ishlashi, dinistor va tiristorning tranzistor analoglari.
Bundan tashqari, qanday nazorat qilish kerak elektr quvvati o'zgaruvchan tok, faza va impuls-faza usullari.
Har bir nazariy material amaliy misollar bilan tasdiqlangan.
Ishlash sxemalari berilgan: dinistor va uning tranzistorli analogida amalga oshirilgan gevşeme generatori va sobit tugma; himoya qilish sxemasi qisqa tutashuv kuchlanish stabilizatorida va yana ko'p narsalar.
Avtoulovchilar uchun, ayniqsa, qiziqarli sxema zaryadlovchi tiristorlarda 12 voltli batareya uchun.
Ishlaydigan nazorat qurilmalarining ish joylarida kuchlanish shaklining diagrammalari berilgan. AC kuchlanish faza va impuls-faza usullari bilan.
Ushbu bepul darslarni olish uchun axborot byulleteniga obuna bo'ling, obuna shaklini to'ldiring va "Obuna bo'lish" tugmasini bosing.
Tiristorning ishlash printsipi
Tiristor 100% boshqarilmaydigan quvvatli elektr kalitidir. Shuning uchun, vaqti-vaqti bilan texnik adabiyotlarda u nazorat signali bilan faqat o'tkazuvchanlik holatiga o'tkazilishi mumkin bo'lgan, ya'ni kesib o'tiladigan yagona ishlaydigan tiristor deb ataladi. Uni o'chirish uchun (doimiy oqimda ishlayotganda) to'g'ridan-to'g'ri oqim nolga tushishini ta'minlash uchun maxsus choralar ko'rish kerak.
Tiristor kaliti oqimni faqat bitta yo'nalishda o'tkazishi mumkin va yopiq holatda u to'g'ridan-to'g'ri va teskari kuchlanishga bardosh bera oladi.
Tiristor to'rt qavatli p-n-p-n tuzilishga ega bo'lib, 3 ta simli: anod (A), katod (C) va boshqaruv elektrodi (G), rasmda ko'rsatilgan. bitta


Guruch. 1. Oddiy tiristor: a) - an'anaviy grafik belgi; b) - oqim kuchlanish liniyasi.
Shaklda. 1b chiqish statik I-V xarakteristikalari oilasini ko'rsatadi turli ma'nolar joriy iG ni nazorat qilish. Tiristorni yoqmasdan turib bardosh bera oladigan maksimal to'g'ridan-to'g'ri kuchlanish iG = 0 da eng yuqori qiymatlarga ega. Joriy iG kuchayishi bilan tiristor bardosh bera oladigan to'g'ridan-to'g'ri kuchlanish pasayadi. II novda tiristorning yoqilgan holatiga, I shox o'chirilgan holatga, III tarmoq esa yoqish jarayoniga to'g'ri keladi. Tutish oqimi yoki ushlab turish oqimi tiristor o'tkazuvchanlik holatida qoladigan to'g'ridan-to'g'ri oqim iA ning past ruxsat etilgan qiymatiga teng. Bu qiymat, shuningdek, kiritilgan tiristor bo'ylab to'g'ridan-to'g'ri kuchlanishning tushishi mumkin bo'lmagan qiymatga mos keladi.
IV novda - qochqin oqimining teskari kuchlanishga bog'liqligi. Teskari kuchlanish UBO qiymatidan oshib ketganda, tiristorning buzilishi bilan bog'liq bo'lgan teskari oqimning keskin o'sishi boshlanadi. Buzilishning tabiati qaytarilmas jarayonga yoki yarimo'tkazgichli zener diodining ishlashiga xos bo'lgan ko'chki parchalanish jarayoniga mos kelishi mumkin.

Tiristorlar 5 kV gacha kuchlanishli va 1 kHz dan kam chastotada 5 kA gacha bo'lgan oqimlarga ega bo'lgan davrlarni almashtirishga qodir kuchliroq elektr kalitlari.
Tiristorlarning dizayni shaklda ko'rsatilgan. 2.

Guruch. 2. Tiristor korpuslarining konstruksiyasi: a) - planshet; b) - pin
DC pallasida tiristor
Oddiy tiristorni kiritish katodga nisbatan musbat, qutblilikni nazorat qilish pallasida oqim impulsini qo'llash orqali amalga oshiriladi. Yoqilganda o'tish davrining davomiyligi yukning tabiati (faol, induktiv va boshqalar), iG nazorat oqimining impulsining amplitudasi va ko'tarilish tezligi, tiristorning yarimo'tkazgich strukturasining harorati, qo'llaniladigan kuchlanish va yuk oqimi. Tiristorni o'z ichiga olgan zanjirda duAC/dt to'g'ridan-to'g'ri kuchlanishning ko'tarilish tezligining qabul qilinishi mumkin bo'lmagan qiymatlari paydo bo'lmasligi kerak, bunda iG boshqaruv signali va oqim ko'tarilish tezligi diA/dt bo'lmaganida tiristorning o'z-o'zidan yoqilishi mumkin. . Shu bilan birga, boshqaruv signalining keskinligi eng yuqori bo'lishi kerak.
Tiristorlarni o'chirish usullari orasida tabiiy o'chirish (yoki tabiiy o'chirish) va majburiy o'chirish (yoki sun'iy o'chirish) o'rtasida farqlash odatiy holdir. Tabiiy kommutatsiya oqim nolga tushadigan vaqtda AC davrlarida tiristorlarning ishlashi paytida sodir bo'ladi.
Majburiy almashtirish usullari juda xilma-xildir. Ularga ko'proq xos bo'lganlar quyidagilardir: S kaliti bilan oldindan zaryadlangan C kondansatör uchun ulanish (3-rasm, a); LC pallasini oldindan zaryadlangan CK kondansatkich bilan ulash (3b-rasm); yuk pallasida vaqtinchalik jarayonning tebranish xususiyatini kiritish (3-rasm, s).


Guruch. 3. Tiristorlarni sun'iy almashtirish usullari: a) - zaryadlangan C kondansatkich yordamida; b) - LC sxemasining tebranish razryadi orqali; c) - yukning tebranish xususiyatiga bog'liq
Shakldagi sxema bo'yicha o'tishda. 3 va teskari qutbli kommutatsiya kondansatkichini ulash, masalan, boshqa yordamchi tiristor, uning o'tkazuvchan asosiy tiristorga zaryadsizlanishiga olib keladi. Kondensatorning tushirish oqimi tiristorning to'g'ridan-to'g'ri oqimiga qarama-qarshi yo'naltirilganligi sababli, ikkinchisi nolga tushadi va tiristor o'chadi.
Shakldagi diagrammada. 3b, LC sxemasining ulanishi Sk kommutatorining tebranish zaryadini keltirib chiqaradi. Bularning barchasi bilan, dastlab tushirish oqimi tiristor orqali uning to'g'ridan-to'g'ri oqimiga qarama-qarshi o'tadi, ular tenglashganda, tiristor o'chadi. Bundan tashqari, LC davrining oqimi tiristor VS dan VD diodasiga o'tadi. O'chirish oqimi VD diodidan oqib o'tayotganda, tiristor VS ga ochiq diyotdagi kuchlanishning pasayishiga teng teskari kuchlanish qo'llaniladi.
Shakldagi diagrammada. 3, VS tiristorini hamma narsani qamrab oluvchi RLC yukiga yoqish vaqtinchalik holatga olib keladi. Muayyan yuk parametrlari bilan, bu jarayon yuk oqimining polaritesining konfiguratsiyasi bilan tebranish xususiyatiga ega bo'lishi mumkin. Bunday holda, tiristor VS o'chirilgandan so'ng, teskari polarit oqimini o'tkaza boshlagan VD diyoti yoqiladi. Ushbu kommutatsiya usuli ba'zan kvazi-tabiiy deb ataladi, chunki u yuk oqimining polaritesi konfiguratsiyasi bilan bog'liq.
AC pallasida tiristor
Tiristor o'zgaruvchan tok zanjiriga ulanganda quyidagi operatsiyalarni bajarish mumkin:
Faol va faol-reaktiv yuk bilan elektron sxemani yoqish va o'chirish;
nazorat signalining momentini sozlash mumkinligi sababli yuk orqali oqimning o'rtacha va samarali qiymatlarining o'zgarishi.
Tiristor kaliti elektron oqimni faqat bitta yo'nalishda o'tkazishga qodir bo'lganligi sababli, o'zgaruvchan tokda tiristorlardan foydalanish uchun ularning antiparallel ulanishi qo'llaniladi (4-rasm, a).

Guruch. 4. Tiristorlarni (a) va oqim shaklini faol yukda (b) orqadan orqaga almashtirish
O'rtacha va samarali oqim qiymatlari VS1 va VS2 tiristorlariga ochilish signallari qo'llaniladigan momentning konfiguratsiyasi tufayli o'zgaradi, ya'ni. burchakning konfiguratsiyasi tufayli va (4b-rasm). Regulyatsiya paytida VS1 va VS2 tiristorlari uchun bu burchakning qiymatlari boshqaruv tizimi yordamida darhol o'zgaradi. Burchak boshqaruv burchagi yoki tiristorni yoqish burchagi deb ataladi.
Quvvatda kengroq foydalanish elektr jihozlari qabul qilingan faza (4-rasm, a, b) va impuls kengligi tiristorini boshqarish(4c-rasm).

Guruch. 5. Yukdagi kuchlanish turi: a) - tiristorning fazali nazorati; b) - tiristorni majburiy almashtirish bilan fazali nazorat qilish; c) - tiristorning impuls kengligi nazorati
Majburiy almashtirish bilan tiristorni boshqarishning fazali usuli bilan yuk oqimini tartibga solish burchakning konfiguratsiyasi tufayli ham bo'lishi mumkin a va burchak th . Sun'iy almashtirish maxsus tugunlar yordamida yoki 100% boshqariladigan (qulflanadigan) tiristorlar yordamida amalga oshiriladi.
Impuls kengligi nazorati bilan (impuls kengligi modulyatsiyasi - PWM) Tocr vaqtida tiristorlarga nazorat signali qo'llaniladi, ular ochiq va yukga Un kuchlanish qo'llaniladi. Tclose vaqtida nazorat signali yo'q va tiristorlar o'tkazuvchan bo'lmagan holatda. Yukdagi oqimning samarali qiymati

qayerda In.m. – T yopiq = 0 da yuk oqimi.
Tiristorlarni fazali boshqarish paytida yukdagi oqim egri sinusoidal emas, bu tarmoq kuchlanishining to'lqin shaklining buzilishiga va chastotali shovqinlarga sezgir bo'lgan iste'molchilarning ishlashida buzilishlarga olib keladi - elektr mos kelmasligi paydo bo'ladi.
Qulflanadigan tiristorlar
T iristorlar yuqori voltli va yuqori oqim (yuqori oqim) davrlarini almashtirish uchun ishlatiladigan kuchli elektr kalitlari. Ammo ularning muhim kamchiligi bor - to'liq bo'lmagan manevr, bu ularni o'chirish uchun oldingi oqimni nolga tushirish uchun shart-sharoitlarni yaratish zarurligida namoyon bo'ladi. Bu deyarli barcha holatlarda tiristorlarni amalga oshirishni cheklaydi va murakkablashtiradi.
Ushbu kamchilikni bartaraf etish uchun nazorat elektrodi G bo'ylab signal bilan qulflangan tiristorlar ishlab chiqilgan. Bunday tiristorlar qulflanadigan (GTO - Gate o'chirish tiristori) yoki ikkita operatsiya deb ataladi.
Qulflanadigan tiristorlar(ST) to'rt qavatli p-p-p-p tuzilishga ega, lekin ayni paytda ular an'anaviy tiristorlardan tubdan farq qiluvchi xususiyatni - to'liq manevr qilish xususiyatini beruvchi bir qator muhim dizayn xususiyatlariga ega. Oldinga yo'nalishda eshikli tiristorlarning statik I-V xarakteristikasi oddiy tiristorlarning I-V xarakteristikasiga o'xshaydi. Lekin qulflanadigan tiristor odatda katta teskari kuchlanishlarni blokirovka qilishga qodir emas va ko'pincha parallel ravishda ulangan orqa-orqa diyotga ulanadi. Bundan tashqari, qulflanadigan tiristorlar oldinga kuchlanishning sezilarli pasayishi bilan tavsiflanadi. Qulflanadigan tiristorni o'chirish uchun boshqaruv elektrod pallasiga kuchli salbiy oqim impulsini qo'llash kerak (to'g'ridan-to'g'ri o'chirish oqimining qiymatiga nisbatan taxminan 1: 5), lekin qisqa muddatli (10-100) ms).
Qulflanadigan tiristorlar an'anaviy tiristorlar bilan solishtirganda pastki chegara kuchlanishlari va oqimlariga (taxminan 20-30%) ega.
Tiristorlarning asosiy turlari
Q ulflanadigan tiristorlarni o'z ichiga olmaydi tezligi, boshqaruv jarayonlari, o'tkazuvchanlik holatidagi oqimlarning yo'nalishi bo'yicha farq qiluvchi har xil turdagi tiristorlarning keng assortimenti ishlab chiqilgan. va hokazo. Ular orasida quyidagi turlarni ta'kidlash kerak:
tiristor-diod, bu orqaga qarab diodli tiristorga teng (6.12-rasm, a);
diodli tiristor (dinistor), A va C o'rtasida ma'lum bir kuchlanish darajasi qo'llanilganda o'tkazuvchi holatga aylanish (6-rasm, b);
qulflanadigan tiristor(6.12-rasm, v);
nosimmetrik tiristor yoki triak, bu ikkita orqa-orqa tiristorga teng (6.12-rasm, d);
tez invertor tiristori(o'chirish vaqti 5-50 mks);
nazorat elektrodida dala nazorati bilan tiristor, masalan, tiristorli MOS tranzistorining tarkibiga asoslangan;
yorug'lik oqimi bilan boshqariladigan optotiristor.

Guruch. 6. Tiristorlarning an'anaviy grafik belgilari: a) - tiristor-diod; b) - diodli tiristor (dinistor); c) - qulflanadigan tiristor; d) - triak
Tiristor himoyasi
Tiristorlar to'g'ridan-to'g'ri oqim tezligi diA / dt va to'g'ridan-to'g'ri kuchlanish duAC / dt uchun juda muhimdir. Tiristorlar, diodlar kabi, teskari tiklanish oqimining fenomeni bilan tavsiflanadi, keskin pasayish nolga eng yuqori duAC / dt qiymatiga ega bo'lgan ortiqcha kuchlanish ehtimolini yomonlashtiradi. Bunday haddan tashqari kuchlanish induktiv zanjir elementlarida, shu jumladan kichik simli indüktanslarda oqimning keskin to'xtashi natijasidir. Shuning uchun, tiristorlarni himoya qilish uchun odatda dinamik rejimlarda qabul qilinishi mumkin bo'lmagan diA / dt va duAC / dt qiymatlaridan himoya qiluvchi turli xil TFTP davrlari qo'llaniladi.
Deyarli har doim, kiritilgan tiristor zanjiriga kiritilgan kuchlanish manbalarining ichki induktiv qarshiligi qo'shimcha LS indüktansını kiritmaslik uchun etarli bo'lib chiqadi. Shuning uchun, amalda, o'chirish vaqtida haddan tashqari kuchlanish darajasini va tezligini kamaytiradigan CFTSga tez-tez ehtiyoj seziladi (7-rasm).

Guruch. 7. Tiristorni himoya qilishning odatiy sxemasi
Shu maqsadda, odatda, tristör bilan parallel ravishda ulangan RC davrlari ishlatiladi. Tiristorlardan foydalanishning turli mezonlari uchun RC davrlarining turli xil sxemalari va ularning xususiyatlarini hisoblash usullari mavjud.
Qulflanadigan tiristorlar uchun CFTP tranzistorlariga o'xshash kommutatsiya harakati chizig'ini shakllantirish uchun sxemalar qo'llaniladi.
Rivojlanishning nou-xau, ya'ni muallifning ushbu ixtirosi elektrotexnika sohasiga tegishli, ya'ni u analogda qo'llaniladi. elektron sxemalar: elektron rele, kuzatuv qurilmalari, generator sxemalari; quvvat manbalarida to'g'ridan-to'g'ri oqim, va kommutatsiya qurilmalarida tiristor (triak) dan foydalanish 1 va 0 ga teng mantiqiy darajaga ega bo'lgan dinamik rejimda tranzistor kalitini boshqarish uchun mo'ljallangan.
Maqsad, har qanday yukni almashtirish uchun dinamik rejimda kuchli chiqishi bilan tranzistorli kalitni boshqarishga qaratilgan doimiy oqim manbaidagi tiristorning funksionalligini kengaytirishdir.
Bu maqsadga erishiladi, chunki tiristorda (triak) tranzistorli kalitni boshqarish usuli har qanday o'tkazuvchanlik tranzistor kalitining boshqaruv elektrodi tiristor anod va diod katodi o'rtasidagi tiristor kalitiga ijobiy egilish orqali ulanadi, tranzistorning kollektori yoki emitenti, shu bilan tranzistor kalitini minus bilan aloqa qilishdan, shu jumladan tiristorning boshqaruv elektrodi orqali boshqarish elektrod pallasini yopadi va yuk quvvat manbai o'rtasida tranzistor kalitining kollektor yoki emitent pallasiga ulanadi. plyus yoki minus, o'zgaruvchan ish oqimi tiristor kaliti orqali besleme kirish pallasida oqadi, tiristor ushlab turgandan kattaroq oqim bilan ochiladi va tranzistor kalitining asosini salbiy tomonga o'tkazadi va undan kamroq oqim bilan o'chiriladi. ushlab turish va tranzistor kalitining asosini ijobiy tomonga o'tkazadi va tiristor orqali oqim ikki qo'lda yotqiziladi va quyidagi optimal oqim nisbati o'rnatiladi. va ushlab, galma tristör o'chirish pallasida orqali joriy o'zgartirish 10% ... 20%, da tristör o'chadi, tranzistor kalit bazasining ijobiy tarafkash qarshilik orqali sozlash joriy qolgan.
Tiristor orqali o'rnatish oqimi qo'shimcha ravishda tranzistor kalitining musbat burilish qarshiligi bilan parallel ravishda ulangan oqim sozlagichining uchinchi qo'li orqali o'rnatiladi.
Tiristor kaliti orqali ishlaydigan oqim tiristor anodining umumiy nuqtasi va diod katodi, tiristor kaliti tranzistorining kollektori yoki emitenti orasiga kiritilgan oqim cheklovchi qarshilikni tanlash orqali o'rnatiladi.
Tiristor kalitining ish oqimi har qanday o'tkazuvchanlikning tranzistori tomonidan boshqariladi, bu tiristor kalitining quvvat kirish pallasiga kiritiladi.
Boshqarish usulining ishlash printsipi 1-3-rasmdagi chizmalar bilan ko'rsatilgan.

Boshqarish pallasida (1-rasm) quvvat manbai, tranzistorli kalit 7 mavjud bo'lib, uning asosi rezistor 5 orqali va rezistor 4 orqali quvvat manbai tiristorning anodi 8 va katodning o'rtasida ulanadi. tiristor kalitining diodi 9 2. Ta'minot zanjirining kirish qismi tiristor 2 ga ulangan. Tiristor 8 ning rezistor 3 orqali boshqaruvchi elektrodi besleme kirish zanjiriga 6 ulangan va rezistor 1 orqali u tiristor katodining manfiyiga ulangan 8. Transistor 7 kalitining kollektori plyusga, emitent esa minusga Rn yuki orqali ulanadi.
Transistor kaliti 7 har qanday o'tkazuvchanlikka ega bo'lishi mumkin va yuk Rn quvvat manbaining ortiqcha yoki minuslari orasidagi emitent yoki kollektor davriga ulanadi. Diod 9 tranzistor kalitining bazasini minus bilan aloqa qilishdan, shu jumladan tristör 8 ning nazorat elektrod sxemasi orqali yopadi. ​​Kollektor-emitter yoki emitent-kollektor tranzistorli o'tish xuddi shu vazifani bajarishi mumkin.
Tiristorning 8 nazorat elektrodi rezistor yoki kondansatör yoki diod yoki zener diodi yoki kombinatsiya orqali quvvat kirishiga 6 ulanishi mumkin. Qarshilik 5 s tranzistor n-p-n ba'zi hollarda o'tkazuvchanlik o'rnatilmasligi mumkin, bu asosan kommutatsiya paytida yuqori kuchlanish impulslarini cheklaydi.
O'chirish quyidagicha ishlaydi: quvvat manbai yoqilganda, tiristor 8 yopilganda, poydevordagi ijobiy moyillik tranzistor kalitini 7 p-n-p o'tkazuvchanligi bilan yopadi va uni n-p-n o'tkazuvchanligi bilan ochadi. Besleme kirish pallasida 6 kuchlanishning oshishi bilan, ushlab turuvchi tiristor 8 dan kattaroq oqimda, u ochiladi va tranzistorli kalit 7 asosini salbiy egilishga o'tkazadi.P-n-p o'tkazuvchanligi bo'lgan tranzistorli kalit 7 ochiladi va Rn yukini yoqing va n-p-n o'tkazuvchanligi bilan u Rn yukini yopadi va o'chiradi.
O'chirishning samarali ishlashi uchun tiristor 8 ning minimal ushlab turish oqimining taqsimlanishining optimal nisbati tanlanadi.Tiristorning 8 oqimi rezistor 4 qarshiligini taxminan 80 ... tezligida tanlash orqali o'rnatiladi. 90% ushlab turish oqimi va 10 ... 20% tiristor kaliti 2 ning besleme kirish davri 6 orqali, kamroq tiristor 8 yopiladi. Misol uchun, sinovlar TS10-6 triakidagi 12 V quvvat manbai pallasida va ushlab turish oqimi 2 mA ... 5 mA bo'lgan KU101E, KU101G tiristorlarida o'tkazildi, tiristorning qiymati esa 8 ga teng. kesish chegarasi oqimi har doim doimiy edi. Shunga qaramay, tiristor 8 3 k qarshilik orqali tiristor kaliti 2 ga ulangan 6 ta'minot kirishida kuchlanish 0,7 ... 0,9 V ga oshganda ochildi 6. 2-rasmda tasvirlangan usul bo'yicha ishlab chiqariladi.
2-rasmning 1-rasmdan farqi shundaki, tranzistor 7 kalitining egilish asosi sxemasi kiritilgan diod 11 orqali tiristor 8 anodining umumiy nuqtasiga, 11 diodining katodi esa musbatga ulangan. tok generatori 10. Tiristor 8 va diod 9 anodining umumiy nuqtasi orasiga tokni cheklovchi rezistor 12 kiritiladi.Ushbu sxemada ikkita boshqarish usuli ko'rib chiqiladi: tok o'rnatgich 10 va kiritilgan qarshilik 12 orqali.
Diyot 11 joriy generatorni 10 tranzistor 7 kalitining bazasi bilan aloqadan bloklaydi va kommutatsiya dinamikasini yaxshilaydi. Joriy o'rnatuvchi 10 balast elementi bo'lib, u bino va oqimni cheklovchi qarshilikni o'z ichiga olishi mumkin. Ular tiristor 8 ning minimal ushlab turish oqimini besleme kirish pallasida 6 o'rnatdilar.