Thyristors zijn elektronische vermogenssleutels die niet volledig worden gecontroleerd. Vaak zie je in technische boeken een andere naam voor dit apparaat: een enkelwerkende thyristor. Met andere woorden, onder invloed van een stuursignaal wordt het overgebracht naar één toestand - geleidend. Meer specifiek bevat het een circuit. Om het uit te schakelen, is het noodzakelijk om speciale voorwaarden te creëren die ervoor zorgen dat de gelijkstroom in het circuit tot nul da alt.
Kenmerken van thyristors
Thyristorsleutels geleiden elektrische stroom alleen in de voorwaartse richting en in de gesloten toestand is het niet alleen bestand tegen voorwaartse, maar ook tegen sperspanning. De structuur van de thyristor is vierlaags, er zijn drie uitgangen:
- Anode (aangegeven met de letter A).
- Kathode (letter C of K).
- Besturingselektrode (U of G).
Thyristors hebben een hele reeks stroom-spanningskarakteristieken, ze kunnen worden gebruikt om de toestand van het element te beoordelen. Thyristoren zijn zeer krachtige elektronische sleutels, ze zijn in staat om circuits te schakelen waarin de spanning 5000 volt kan bereiken en de stroomsterkte - 5000 ampère (terwijl de frequentie niet hoger is dan 1000 Hz).
Thyristor-operatie inDC-circuits
Een conventionele thyristor wordt ingeschakeld door een stroompuls op de stuuruitgang aan te brengen. Bovendien moet deze positief zijn (ten opzichte van de kathode). De duur van het transiënte proces hangt af van de aard van de belasting (inductief, actief), de amplitude en de snelheid van de stijging in het stroompulsregelcircuit, de temperatuur van het halfgeleiderkristal, evenals de aangelegde stroom en spanning op de thyristors beschikbaar in de kring. De kenmerken van de schakeling zijn rechtstreeks afhankelijk van het type halfgeleiderelement dat wordt gebruikt.
In het circuit waarin de thyristor zich bevindt, is het optreden van een hoge spanningsstijging onaanvaardbaar. Namelijk zo'n waarde waarbij het element spontaan aan gaat (ook als er geen signaal in het stuurcircuit zit). Maar tegelijkertijd moet het stuursignaal een zeer hoge helling hebben.
Manieren om uit te schakelen
Er zijn twee soorten thyristorschakelingen te onderscheiden:
- Natuurlijk.
- Gedwongen.
En nu in meer detail over elke soort. Natuurlijk treedt op wanneer de thyristor in een wisselstroomcircuit werkt. Bovendien vindt deze omschakeling plaats wanneer de stroom tot nul da alt. Maar geforceerd schakelen implementeren kan op een groot aantal verschillende manieren. Welke thyristorbesturing moet worden gekozen, is aan de circuitontwerper, maar het is de moeite waard om over elk type afzonderlijk te praten.
De meest kenmerkende manier van geforceerd schakelen is om verbinding te makeneen condensator die vooraf is opgeladen met een knop (sleutel). Het LC-circuit is opgenomen in het thyristor-regelcircuit. Deze schakeling bevat een volledig opgeladen condensator. Tijdens het transiënte proces fluctueert de stroom in het belastingscircuit.
Methoden van gedwongen schakelen
Er zijn verschillende andere soorten gedwongen schakelingen. Vaak wordt een schakeling gebruikt die gebruik maakt van een schakelcondensator met omgekeerde polariteit. Deze condensator kan bijvoorbeeld op het circuit worden aangesloten met behulp van een soort hulpthyristor. In dit geval zal er een ontlading plaatsvinden op de hoofd (werkende) thyristor. Dit zal ertoe leiden dat bij de condensator de stroom gericht op de gelijkstroom van de hoofdthyristor zal helpen om de stroom in het circuit tot nul te verminderen. Daarom wordt de thyristor uitgeschakeld. Dit gebeurt omdat het thyristorapparaat zijn eigen kenmerken heeft die er alleen voor zijn.
Er zijn ook schema's waarin LC-ketens worden aangesloten. Ze worden ontladen (en met schommelingen). Helemaal aan het begin stroomt de ontlaadstroom naar de werknemer en na het gelijkmaken van hun waarden wordt de thyristor uitgeschakeld. Daarna vloeit de stroom vanuit de oscillerende keten door de thyristor naar een halfgeleiderdiode. In dit geval wordt, terwijl de stroom vloeit, een bepaalde spanning op de thyristor aangelegd. Het is modulo gelijk aan de spanningsval over de diode.
Thyristorwerking in AC-circuits
Als de thyristor is opgenomen in het AC-circuit, is het mogelijk om dergelijke uit te voerenoperaties:
- Een elektrisch circuit met een actief-resistieve of resistieve belasting in- of uitschakelen.
- Verander de gemiddelde en effectieve waarde van de stroom die door de belasting gaat, dankzij de mogelijkheid om het moment van het stuursignaal aan te passen.
Thyristorsleutels hebben één functie: ze geleiden stroom in slechts één richting. Daarom, als u ze in AC-circuits moet gebruiken, moet u een back-to-back-verbinding gebruiken. De effectieve en gemiddelde stroomwaarden kunnen veranderen doordat het moment waarop het signaal op de thyristors wordt toegepast anders is. In dit geval moet het vermogen van de thyristor voldoen aan de minimumvereisten.
Fasecontrolemethode
In de geforceerde fasecontrolemethode wordt de belasting aangepast door de hoeken tussen de fasen te veranderen. Kunstmatig schakelen kan met behulp van speciale circuits, of het is noodzakelijk om volledig gecontroleerde (afsluitbare) thyristors te gebruiken. Op basis daarvan wordt in de regel een thyristorlader gemaakt, waarmee u de stroomsterkte kunt aanpassen aan het laadniveau van de batterij.
Pulsbreedteregeling
Ze noemen het ook PWM-modulatie. Tijdens het openen van de thyristors wordt een stuursignaal gegeven. De knooppunten zijn open en er staat enige spanning over de belasting. Tijdens het sluiten (gedurende het gehele overgangsproces) wordt geen stuursignaal toegepast, daarom geleiden de thyristors geen stroom. Bij de implementatiefasebesturingsstroomcurve is niet sinusvormig, er is een verandering in de golfvorm van de voedingsspanning. Bijgevolg is er ook een schending van het werk van consumenten die gevoelig zijn voor hoogfrequente interferentie (incompatibiliteit lijkt). Een thyristorregelaar heeft een eenvoudig ontwerp, waardoor u zonder problemen de gewenste waarde kunt wijzigen. En je hoeft geen enorme LATR's te gebruiken.
Thyristors afsluitbaar
Thyristors zijn zeer krachtige elektronische schakelaars die worden gebruikt om hoge spanningen en stromen te schakelen. Maar ze hebben één groot nadeel: het beheer is onvolledig. Meer specifiek komt dit tot uiting door het feit dat om de thyristor uit te schakelen, het noodzakelijk is om voorwaarden te creëren waaronder de gelijkstroom tot nul zal afnemen.
Het is deze functie die een aantal beperkingen oplegt aan het gebruik van thyristors, en ook de circuits die daarop gebaseerd zijn, bemoeilijkt. Om van dergelijke tekortkomingen af te komen, zijn speciale ontwerpen van thyristors ontwikkeld, die worden vergrendeld door een signaal langs één stuurelektrode. Ze worden dual-operationele of vergrendelbare thyristors genoemd.
Vergrendelbaar thyristorontwerp
De vierlaagse p-p-p-p-structuur van thyristors heeft zijn eigen kenmerken. Ze maken ze anders dan conventionele thyristors. Nu hebben we het over de volledige beheersbaarheid van het element. De stroom-spanningskarakteristiek (statisch) in de voorwaartse richting is dezelfde als die van eenvoudige thyristors. Dat is gewoon een gelijkstroomthyristor die een veel grotere waarde kan doorgeven. Maarde functie van het blokkeren van grote sperspanningen voor vergrendelbare thyristors is niet voorzien. Daarom is het noodzakelijk om deze rug aan rug te verbinden met een halfgeleiderdiode.
Kenmerkend voor een vergrendelbare thyristor is een aanzienlijke daling van de voorwaartse spanningen. Om een uitschakeling te maken, moet een krachtige stroompuls (negatief, in een verhouding van 1:5 tot de gelijkstroomwaarde) op de stuuruitgang worden toegepast. Maar alleen de pulsduur moet zo kort mogelijk zijn - 10 … 100 μs. Vergrendelbare thyristors hebben een lagere begrenzende spanning en stroom dan conventionele. Het verschil is ongeveer 25-30%.
Soorten thyristors
De afsluitbare zijn hierboven besproken, maar er zijn nog veel meer soorten halfgeleiderthyristors die ook het vermelden waard zijn. Een grote verscheidenheid aan ontwerpen (laders, schakelaars, stroomregelaars) gebruiken bepaalde soorten thyristors. Ergens is het vereist dat de besturing wordt uitgevoerd door het leveren van een lichtstroom, wat betekent dat er een optothyristor wordt gebruikt. Zijn eigenaardigheid ligt in het feit dat het stuurcircuit een halfgeleiderkristal gebruikt dat gevoelig is voor licht. De parameters van thyristors zijn verschillend, ze hebben allemaal hun eigen kenmerken, die alleen voor hen kenmerkend zijn. Daarom is het noodzakelijk, althans in algemene termen, om te begrijpen welke soorten van deze halfgeleiders bestaan en waar ze kunnen worden gebruikt. Dus, hier is de hele lijst en de belangrijkste kenmerken van elk type:
- Diode-thyristor. Het equivalent van dit element is een thyristor, waarmee het anti-parallel is verbondenhalfgeleiderdiode.
- Dinistor (diode thyristor). Het kan volledig geleidend worden als een bepaald spanningsniveau wordt overschreden.
- Triac (symmetrische thyristor). Het equivalent is twee thyristors die antiparallel zijn aangesloten.
- De high-speed inverter thyristor heeft een hoge schakelsnelheid (5…50 µs).
- Veldtransistor gestuurde thyristors. Je kunt vaak ontwerpen vinden op basis van MOSFET's.
- Optische thyristors bestuurd door lichtstromen.
Implementeer element bescherming
Thyristors zijn apparaten die cruciaal zijn voor de slew rates van voorwaartse stroom en voorwaartse spanning. Ze worden, net als halfgeleiderdiodes, gekenmerkt door een fenomeen als de stroom van omgekeerde herstelstromen, die zeer snel en scherp tot nul da alt, waardoor de kans op overspanning groter wordt. Deze overspanning is een gevolg van het feit dat de stroom abrupt stopt in alle circuitelementen die inductantie hebben (zelfs ultralage inductanties die typisch zijn voor installatie - draden, printsporen). Om bescherming te implementeren, is het noodzakelijk om verschillende schema's te gebruiken waarmee u uzelf kunt beschermen tegen hoge spanningen en stromen in dynamische bedrijfsmodi.
In de regel heeft de inductieve weerstand van de spanningsbron die het circuit van een werkende thyristor binnenkomt een zodanige waarde dat het meer dan voldoende is om geen extrainductie. Om deze reden wordt in de praktijk vaker een schakelpad-formatieketen gebruikt, die de snelheid en het niveau van overspanning in het circuit aanzienlijk vermindert wanneer de thyristor is uitgeschakeld. Hiervoor worden meestal capacitief-resistieve circuits gebruikt. Ze zijn parallel verbonden met de thyristor. Er zijn nogal wat soorten circuitaanpassingen van dergelijke circuits, evenals methoden voor hun berekening, parameters voor de werking van thyristors in verschillende modi en omstandigheden. Maar het circuit voor het vormen van het schakeltraject van de vergrendelbare thyristor zal hetzelfde zijn als dat van transistors.
