Tiristori ir jaudas elektroniskās atslēgas, \ tnav pilnībā pārvaldīta. Bieži vien tehniskajās grāmatās var redzēt citu šīs ierīces nosaukumu - viena operatora tiristoru. Citiem vārdiem sakot, kontroles signāla ietekmē tas tiek pārveidots par vienu valsts vadošu. Konkrētāk, tas ietver ķēdi. Lai to izslēgtu, nepieciešams izveidot īpašus nosacījumus, kas nodrošina, ka ķēdes virziena strāva samazinās līdz nullei.
Tiristora funkcijas
Tiristora atslēgas veic elektrisko strāvutikai virzienā uz priekšu un slēgtā stāvoklī tas var izturēt ne tikai tiešu, bet arī pretēju spriegumu. Tiristora struktūra ir četri slāņi, ir trīs secinājumi:
- Anoda (apzīmēts ar burtu A).
- Katode (burts C vai K).
- Vadības elektrods (V vai G).
Tiristoriem ir visa strāvas sprieguma grupaīpašības, ir iespējams novērtēt elementa stāvokli. Tiristori ir ļoti spēcīgi elektroniskie taustiņi, tie spēj pārslēgt ķēdes, kurās spriegums var sasniegt 5000 voltu un strāvas intensitāte ir 5000 amperi (frekvence nepārsniedz 1000 Hz).
Tiristora darbība līdzstrāvas ķēdēs
Parastais tiristors tiek ieslēgts, izmantojot strāvupulss uz vadības tapu. Turklāt tam jābūt pozitīvam (attiecībā uz katodu). Pārejošā procesa ilgums ir atkarīgs no slodzes rakstura (induktīvā, aktīvā), strāvas impulsa vadības ķēdes amplitūdas un pieauguma ātruma, pusvadītāju kristāla temperatūras, kā arī ķēdē pieejamo tiristoru pielietotās strāvas un sprieguma. Ķēdes raksturojums tieši atkarīgs no izmantotā pusvadītāja elementa veida.
Ķēdē, kurā atrodas tiristors,liela sprieguma pieauguma ātruma rašanās nav pieļaujama. Proti, tāda vērtība, pie kuras elements spontāni ieslēdzas (pat ja vadības ķēdē nav signāla). Bet tajā pašā laikā vadības signālam jābūt ar ļoti lielu slīpumu.
Izslēgšanas metodes
Var izšķirt divus tiristoru pārslēgšanas veidus:
- Dabiski.
- Piespiedu kārtā.
Un tagad sīkāk par katru sugu. Dabiski rodas, kad tiristors darbojas maiņstrāvas ķēdē. Turklāt šī komutācija notiek, kad strāva nokrītas līdz nullei. Bet piespiedu pārslēgšanu var veikt ļoti dažādos veidos. Kuru tiristora vadību izvēlēties, ir ķēžu dizainera ziņā, taču ir vērts runāt par katru tipu atsevišķi.
Raksturīgākais piespiedu veidskomutācija ir kondensatora savienojums, kas iepriekš uzlādēts, izmantojot pogu (taustiņu). LC ķēde ir iekļauta tiristora vadības ķēdē. Šajā ķēdē ir pilnībā uzlādēts kondensators. Pārejoša procesa laikā strāvas svārstības rodas slodzes ķēdē.
Piespiedu pārslēgšanas metodes
Ir vēl vairāki piespiedu veidikomutācija. Bieži vien tiek izmantota ķēde, kurā tiek izmantots komutācijas kondensators ar pretēju polaritāti. Piemēram, šo kondensatoru var savienot ar ķēdi, izmantojot kādu papildu tiristoru. Šajā gadījumā galvenā (darba) tiristora izlāde notiks. Tas novedīs pie tā, ka kondensatora strāva, kas vērsta uz galvenā tiristora priekšējo strāvu, palīdzēs samazināt strāvu ķēdē līdz nullei. Tāpēc tiristors izslēgsies. Tas notiek tāpēc, ka tiristora ierīcei ir savas īpašības, kas raksturīgas tikai tai.
Ir arī shēmas, kurās izveidot savienojumuLC ķēdes. Tie tiek izvadīti (un ar svārstībām). Pašā sākumā izlādes strāva plūst pret darba ņēmēju, un pēc to vērtību izlīdzināšanas tiristors tiek izslēgts. Pēc tam no svārstību ķēdes strāva caur tiristoru plūst pusvadītāja diodē. Šajā gadījumā, kamēr strāva plūst, tiristoram tiek piemērots zināms spriegums. Absolūtā vērtībā tas ir vienāds ar sprieguma kritumu visā diodē.
Tiristora darbība maiņstrāvas ķēdēs
Ja tiristors ir iekļauts maiņstrāvas ķēdē, var veikt šādas darbības:
- Ieslēdziet vai izslēdziet elektrisko ķēdi ar pretestības vai pretestības slodzi.
- Mainiet strāvas vidējo un efektīvo vērtību, kas iet caur slodzi, pateicoties spējai pielāgot vadības signāla laiku.
Tiristora slēdžiem ir viena iezīme -tie vada strāvu tikai vienā virzienā. Tādēļ, ja nepieciešams tos izmantot maiņstrāvas ķēdēs, jāizmanto pretparalēlais savienojums. Efektīvās un vidējās strāvas vērtības var atšķirties sakarā ar to, ka brīdis, kad signāls tiek piemērots tiristoriem, ir atšķirīgs. Šajā gadījumā tiristora jaudai jāatbilst minimālajām prasībām.
Fāžu kontroles metode
Ar fāzes pārslēgšanas vadībupiespiedu tipa, slodzi regulē, mainot leņķus starp fāzēm. Mākslīgu pārslēgšanu var veikt, izmantojot īpašas shēmas, vai arī ir nepieciešams izmantot pilnībā kontrolētus (bloķējamus) tiristorus. Uz to pamata parasti tiek izgatavots tiristora lādētājs, kas ļauj pielāgot pašreizējo stiprumu atkarībā no akumulatora uzlādes līmeņa.
Pulsa platuma kontrole
To sauc arī par PWM modulāciju. Atverot tiristorus, tiek dots vadības signāls. Krustojumi ir atvērti, un slodzei ir zināms spriegums. Aizvēršanās laikā (visas pārejas laikā) vadības signāls netiek lietots, tāpēc tiristori nepadara strāvu. Kad tiek ieviesta fāzes vadība, strāvas līkne nav sinusoidāla; mainās barošanas sprieguma viļņu forma. Līdz ar to ir arī tādu patērētāju darbības traucējumi, kuri ir jutīgi pret augstfrekvences traucējumiem (parādās nesaderība). Tiristora bāzes regulatoram ir vienkāršs dizains, kas ļaus bez problēmām mainīt nepieciešamo vērtību. Un nav nepieciešams izmantot masveida latters.
Slēdzami tiristori
Tiristori ir ļoti jaudīgi elektroniskie taustiņi,izmanto augsta sprieguma un strāvas pārslēgšanai. Bet viņiem ir viens milzīgs trūkums - pārvaldība ir nepilnīga. Un konkrētāk, tas izpaužas faktā, ka, lai izslēgtu tiristoru, ir jāizveido apstākļi, kādos straumes straume samazināsies līdz nullei.
Tieši šī funkcija uzliek dažustiristoru lietošanas ierobežojumi, kā arī sarežģī uz tiem balstītās shēmas. Lai atbrīvotos no šādiem trūkumiem, tika izstrādāti speciāli tiristoru modeļi, kurus bloķē signāls no viena vadības elektroda. Tos sauc par divu darbību jeb aizslēdzamiem tiristoriem.
Slēdzams tiristora dizains
Tiristoru četrslāņu p-p-p-p struktūrair savas īpatnības. Tie padara tos atšķirīgus no parastajiem tiristoriem. Tagad mēs runājam par elementa pilnīgu vadāmību. Strāvas sprieguma raksturojums (statisks) virzienā uz priekšu ir tāds pats kā vienkāršiem tiristoriem. Šeit ir tikai līdzstrāvas tiristors, kas var nodot daudz lielāku vērtību. Bet bloķējamiem tiristoriem nav paredzēta liela pretēja sprieguma bloķēšanas funkcija. Tāpēc ir nepieciešams to savienot pret paralēli ar pusvadītāju diode.
Bloķējama tiristora raksturīga iezīme irtas ir ievērojams prieksprieguma kritums. Lai izslēgtu, vadības izejai jāpielieto jaudīgs strāvas impulss (negatīvs attiecībā 1: 5 pret tiešās strāvas vērtību). Bet tikai impulsa ilgumam jābūt pēc iespējas īsākam - 10 ... 100 μs. Bloķējamiem tiristoriem ir zemāks spriegums un strāva nekā parastajiem. Atšķirība ir aptuveni 25-30%.
Tiristoru veidi
Iepriekš minētie tika uzskatīti par aizslēdzamiem, taču irir vēl daudz pusvadītāju tiristoru veidu, kurus arī vērts pieminēt. Dažādu veidu tiristori tiek izmantoti ļoti dažādos dizainos (lādētāji, slēdži, strāvas regulatori). Kaut kur ir nepieciešams, lai vadība tiktu veikta, piegādājot gaismas plūsmu, kas nozīmē, ka tiek izmantots optotiristors. Tās īpatnība slēpjas faktā, ka vadības ķēdē tiek izmantoti pusvadītāju kristāli, kas ir jutīgi pret gaismu. Tiristoru parametri ir atšķirīgi, visiem ir savas īpašības, kas raksturīgas tikai tām. Tāpēc ir nepieciešams vismaz vispārīgi iedomāties, kādi šo pusvadītāju veidi pastāv un kur tos var izmantot. Tātad, šeit ir viss saraksts un katra veida galvenās iezīmes:
- Diodu tiristors. Šī elementa ekvivalents ir tiristors, ar kuru ir savienots pretparalēlais pusvadītāju diode.
- Dinistors (diodu tiristors). Tas var kļūt pilnīgi vadošs, ja tiek pārsniegts noteikts sprieguma līmenis.
- Triac (simetrisks tiristors). Tās ekvivalents ir divi tiristori, kas savienoti pretparalēli.
- Ātrgaitas invertora tiristoram ir liels pārslēgšanās ātrums (5 ... 50 μs).
- Tiristori ar lauka tranzistora vadību. Bieži vien jūs varat atrast dizainus, kuru pamatā ir MOSFET.
- Optiskie tiristori, kurus kontrolē gaismas plūsmas.
Elementu aizsardzības ieviešana
Tiristori ir ierīces, kurām ir kritiska nozīmestraumes un sprieguma ātrumi. Viņiem, tāpat kā pusvadītāju diodēm, raksturīga tāda parādība kā reversās atjaunošanās strāvu plūsma, kas ļoti ātri un strauji nokrītas līdz nullei, tādējādi saasinot pārsprieguma iespējamību. Šī pārsprieguma sekas ir fakts, ka strāva pēkšņi apstājas visos ķēdes elementos, kuriem ir induktivitāte (pat uzstādīšanai raksturīgas īpaši mazas induktivitātes - vadi, dēļu sliedes). Lai ieviestu aizsardzību, ir jāizmanto dažādas ķēdes, kas ļauj aizsargāties pret augstu spriegumu un strāvu dinamiskos darba režīmos.
Parasti avota induktīvā reaktivitātespriegumam, kas nonāk darbības tiristora ķēdē, ir tāda vērtība, ka tas ir vairāk nekā pietiekami, lai ķēdē turpmāk neiekļautu papildu induktivitāti. Šī iemesla dēļ praksē bieži tiek izmantota komutācijas ceļa veidošanās ķēde, kas, samazinot tiristoru, ievērojami samazina ķēdes pārsprieguma ātrumu un līmeni. Šim nolūkam visbiežāk tiek izmantotas kapacitātes pretestības shēmas. Tie ir savienoti paralēli ar tiristoru. Šādām shēmām ir diezgan daudz veidu shēmu modifikācijas, kā arī to aprēķināšanas metodes, tiristoru darbības parametri dažādos režīmos un apstākļos. Bet slēdzamā tiristora komutācijas trajektorijas izveidošanas ķēde būs tāda pati kā tranzistoriem.
