Thyristors zijn vermogenselektronische schakelaars,niet volledig beheerd. Vaak zie je in technische boeken een andere naam voor dit apparaat: een thyristor met een enkele werking. Met andere woorden, het wordt onder invloed van een stuursignaal in één toestand geleidend. Meer specifiek bevat het een ketting. Om het uit te schakelen, is het noodzakelijk om speciale voorwaarden te creëren die ervoor zorgen dat de voorwaartse stroom in het circuit tot nul daalt.
Kenmerken van thyristors
Thyristor-schakelaars geleiden elektrische stroomalleen in voorwaartse richting, en in gesloten toestand weerstaat het niet alleen voorwaartse maar ook tegengestelde spanning. De thyristorstructuur is vierlagig, er zijn drie uitgangen:
- Anode (aangeduid met de letter A).
- Kathode (letter C of K).
- Stuurelektrode (Y of G).
Thyristoren hebben een hele familie volt-ampèrekenmerken, kunnen ze worden gebruikt om de toestand van het element te beoordelen. Thyristors zijn zeer krachtige elektronische schakelaars, ze zijn in staat om circuits te schakelen waarin de spanning 5000 volt kan bereiken, en de stroomsterkte is 5000 ampère (terwijl de frequentie niet hoger is dan 1000 Hz).
Thyristorwerking in DC-circuits
Een conventionele thyristor wordt ingeschakeld door stroom te leverenpuls naar de controlepen. Bovendien moet het positief zijn (met betrekking tot de kathode). De duur van het tijdelijke proces hangt af van de aard van de belasting (inductief, actief), de amplitude en stijgingssnelheid in het stuurcircuit van de stroompuls, de temperatuur van het halfgeleiderkristal, evenals de toegepaste stroom en spanning naar de thyristors die beschikbaar zijn in het circuit. De karakteristieken van de schakeling hangen rechtstreeks af van het type halfgeleiderelement dat wordt gebruikt.
In het circuit waarin de thyristor zich bevindt,het optreden van een hoge spanningsstijging is onaanvaardbaar. Namelijk een dergelijke waarde waarbij het element spontaan aangaat (zelfs als er geen signaal in het stuurcircuit is). Maar tegelijkertijd moet het stuursignaal een zeer hoge helling hebben.
Uitschakelingsmethoden
Er kunnen twee soorten thyristor-omschakeling worden onderscheiden:
- Natuurlijk.
- Gedwongen.
En nu meer in detail over elke soort.Natuurlijk treedt op wanneer de thyristor in een wisselstroomcircuit werkt. Bovendien vindt deze commutatie plaats wanneer de stroom tot nul daalt. Maar er zijn veel verschillende manieren om gedwongen omschakeling te implementeren. Welke thyristorregeling hij moet kiezen, is aan de circuitontwerper, maar het is de moeite waard om over elk type afzonderlijk te praten.
De meest karakteristieke manier van dwingencommutatie is het aansluiten van een condensator die is voorgeladen met een knop (sleutel). Het LC-circuit is opgenomen in het thyristorregelcircuit. Deze ketting bevat een volledig opgeladen condensator. Tijdens een tijdelijk proces treden stroomschommelingen op in het belastingscircuit.
Gedwongen schakelmethoden
Er zijn nog verschillende soorten gedwongencommutatie. Vaak wordt een schakeling gebruikt waarin een schakelcondensator met omgekeerde polariteit wordt gebruikt. Deze condensator kan bijvoorbeeld op het circuit worden aangesloten met behulp van een extra thyristor. In dit geval treedt er een ontlading op naar de hoofd (werkende) thyristor. Dit zal ertoe leiden dat de condensatorstroom gericht op de voorwaartse stroom van de hoofdthyristor de stroom in het circuit tot nul zal helpen verminderen. Daarom wordt de thyristor uitgeschakeld. Dit gebeurt omdat het thyristorapparaat zijn eigen kenmerken heeft die alleen kenmerkend zijn.
Er zijn ook schema's om verbinding te makenLC-kettingen. Ze worden ontladen (en met fluctuaties). Helemaal aan het begin stroomt de ontlaadstroom naar de werknemer en na het gelijkmaken van hun waarden, wordt de thyristor uitgeschakeld. Daarna vloeit vanuit het oscillerende circuit de stroom door de thyristor naar de halfgeleiderdiode. In dit geval, terwijl de stroom vloeit, wordt er wat spanning op de thyristor toegepast. Het is in absolute waarde gelijk aan de spanningsval over de diode.
Thyristorwerking in wisselstroomcircuits
Als de thyristor is opgenomen in het wisselstroomcircuit, kunnen de volgende bewerkingen worden uitgevoerd:
- Schakel een elektrisch circuit met ohmse of ohmse belasting in of uit.
- Verander de gemiddelde en effectieve waarde van de stroom die door de belasting gaat, dankzij de mogelijkheid om de timing van het stuursignaal aan te passen.
Thyristor-schakelaars hebben één functie -ze geleiden stroom slechts in één richting. Daarom, als het nodig is om ze in wisselstroomcircuits te gebruiken, is het noodzakelijk om een anti-parallelle verbinding te gebruiken. De effectieve en gemiddelde waarden van de stroom kunnen variëren doordat het moment waarop het signaal op de thyristors wordt aangelegd verschillend is. In dit geval moet het vermogen van de thyristor voldoen aan de minimumvereisten.
Fasecontrolemethode
Met faseschakelinggedwongen type, de belasting wordt geregeld vanwege de verandering in de hoeken tussen de fasen. Kunstmatig schakelen kan worden uitgevoerd met behulp van speciale schakelingen, of het is noodzakelijk om volledig gecontroleerde (vergrendelbare) thyristors te gebruiken. Op basis daarvan wordt in de regel een thyristor-oplader gemaakt, waarmee u de stroomsterkte kunt aanpassen aan het laadniveau van de batterij.
Pulsbreedtecontrole
Het wordt ook wel PWM-modulatie genoemd.Tijdens het openen van de thyristors wordt een stuursignaal gegeven. De knooppunten zijn open en er staat wat spanning over de belasting. Tijdens het sluiten (gedurende de gehele transiënt) wordt geen stuursignaal gegeven, daarom geleiden de thyristors geen stroom. Wanneer fasecontrole is geïmplementeerd, is de stroomcurve niet sinusvormig; de golfvorm van de voedingsspanning verandert. Bijgevolg is er ook een storing van consumenten die gevoelig zijn voor hoogfrequente interferentie (incompatibiliteit blijkt). Een op thyristor gebaseerde regelaar heeft een eenvoudig ontwerp, waardoor u de vereiste waarde zonder problemen kunt wijzigen. En het is niet nodig om enorme latters te gebruiken.
Vergrendelbare thyristors
Thyristors zijn zeer krachtige elektronische sleutels,gebruikt voor het schakelen van hoge spanningen en stromen. Maar ze hebben één groot nadeel: het beheer is onvolledig. Meer specifiek komt dit tot uiting in het feit dat om de thyristor uit te schakelen, het noodzakelijk is om omstandigheden te creëren waaronder de voorwaartse stroom tot nul zal afnemen.
Het is deze functie die sommigen oplegtbeperkingen op het gebruik van thyristors, en compliceert ook de daarop gebaseerde circuits. Om van dergelijke nadelen af te komen, zijn speciale ontwerpen van thyristors ontwikkeld, die worden vergrendeld door een signaal van één stuurelektrode. Ze worden twee-operatieve of vergrendelbare thyristors genoemd.
Afsluitbaar thyristorontwerp
Vierlagige p-p-p-p-structuur van thyristorsheeft zijn eigen kenmerken. Ze onderscheiden ze van conventionele thyristors. Nu hebben we het over de volledige beheersbaarheid van het element. De stroom-spanningskarakteristiek (statisch) in voorwaartse richting is hetzelfde als voor eenvoudige thyristors. Hier zijn alleen een gelijkstroom thyristor kan een veel hogere waarde doorgeven. Maar de functie van het blokkeren van grote omgekeerde spanningen is niet voorzien voor vergrendelbare thyristors. Daarom is het noodzakelijk om het antiparallel te verbinden met een halfgeleiderdiode.
Een kenmerkend kenmerk van een vergrendelbare thyristor isdit 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) worden toegepast op de stuuruitgang. Maar alleen de pulsduur moet zo kort mogelijk zijn - 10 ... 100 μs. Vergrendelbare thyristors hebben een ondergrens van spanning en stroom dan conventionele. Het verschil is ongeveer 25-30%.
Soorten thyristors
Het bovenstaande werd als afsluitbaar beschouwd, maar dat is er weler zijn veel meer soorten halfgeleider-thyristors die ook het vermelden waard zijn. Een grote verscheidenheid aan ontwerpen (laders, schakelaars, vermogensregelaars) gebruiken bepaalde soorten thyristors. Ergens is het nodig dat de besturing wordt uitgevoerd door een lichtstroom toe te voeren, wat betekent dat een optothyristor wordt gebruikt. De bijzonderheid ervan ligt in het feit dat het stuurcircuit een halfgeleiderkristal gebruikt dat gevoelig is voor licht. De parameters van thyristors zijn verschillend, hebben allemaal hun eigen kenmerken, die alleen voor hen kenmerkend zijn. Daarom is het op zijn minst in algemene termen nodig om je voor te stellen welke soorten van deze halfgeleiders er bestaan en waar ze kunnen worden gebruikt. Hier is dus de volledige lijst en de belangrijkste kenmerken van elk type:
- Diode thyristor. Het equivalent van dit element is een thyristor, waarop een antiparallelle halfgeleiderdiode is aangesloten.
- Dinistor (diode thyristor). Het kan volledig geleidend worden als een bepaald spanningsniveau wordt overschreden.
- Triac (symmetrische thyristor). Het equivalent hiervan is twee thyristors die antiparallel zijn verbonden.
- De high-speed inverter thyristor heeft een hoge schakelsnelheid (5 ... 50 μs).
- Thyristors met veldeffecttransistorregeling. U kunt vaak ontwerpen vinden op basis van MOSFET's.
- Optische thyristors, die worden aangestuurd door lichtstromen.
Elementbescherming implementeren
Thyristors zijn apparaten die cruciaal zijn voorzwenksnelheden van voorwaartse stroom en voorwaartse spanning. Ze worden, net als halfgeleiderdiodes, gekenmerkt door een fenomeen als het vloeien van omgekeerde herstelstromen, die zeer snel en scherp tot nul daalt, waardoor de kans op overspanning groter wordt. Deze overspanning is een gevolg van het feit dat de stroom abrupt stopt in alle elementen van het circuit die inductantie hebben (zelfs ultrakleine inductanties die typisch zijn voor installatie - draden, bordsporen). Om bescherming te implementeren, is het noodzakelijk om een verscheidenheid aan circuits te gebruiken die bescherming bieden tegen hoge spanningen en stromen in dynamische bedrijfsmodi.
Typisch de inductieve reactantie van de bronspanning, die het circuit van de werkende thyristor binnenkomt, is van een zodanige waarde dat het meer dan voldoende is om geen extra inductantie in het circuit op te nemen. Om deze reden wordt in de praktijk vaak een schakelpadvormingsketen gebruikt, die de snelheid en het niveau van overspanning in het circuit aanzienlijk vermindert wanneer de thyristor is uitgeschakeld. Voor dit doel worden meestal capaciteit-resistieve circuits gebruikt. Ze zijn parallel verbonden met een thyristor. Er zijn nogal wat soorten circuitmodificaties van dergelijke circuits, evenals methoden om ze te berekenen, 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 de transistors.
