I - V charakteristika tyristoru: hlavní typy polovodičů, způsoby spínání a princip činnosti výkonových spínačů

Pro spínání a regulaci vysokovýkonového napětí se používají tyristory, což jsou jakési polovodičové prvky. Pro zajištění správného provozu elektrické sítě se dnes používají spínače různých kapacit. Stačí správně vybrat CVC (proudově napěťová charakteristika) tyristoru, která eliminuje poruchy zařízení a zajišťuje jeho správnou funkci.

Vlastnosti polovodičů

Hlavním účelem tyristorových spínačů je přenos elektrického proudu v propustném směru. V zavřeném stavu polovodič zachycuje dopředné a zpětné napětí, čímž zajišťuje regulaci elektrické sítě.

Tyristorová struktura obsahuje tři výstupy:

• Řídicí elektroda.
• Katoda.
• Anoda.

Všechny polovodiče mají své vlastní voltampérové ​​charakteristiky, podle kterých lze posoudit účel a stav tohoto prvku. Výkonné spínače jsou schopny pracovat při napětí 5000 voltů a maximální povolený proud je 5000 ampér.

Princip činnosti

Princip činnosti tyristoru je extrémně jednoduchý: zapíná se dodáváním výkonných proudových impulsů na výstup. Takové signály s ohledem na katody musí být kladné. Činnost tyristoru je ovlivněna teplotou polovodiče a způsob aplikace napětí a proudu na spínače použité v obvodu.

V elektrickém obvodu, kde jsou použity tyristory, je vyloučena vysoká rychlost nárůstu napětí, která může vést k samovolnému sepnutí prvku. Proto jsou instalovány další diody a obvody, které zajišťují vyrovnání napětí a zabraňují parazitním rázům. Jednou z vlastností použití kláves je přítomnost strmosti charakteristik řídicího signálu v obvodu, která je nezbytná pro jejich správnou funkci.

Hlavní odrůdy

Dnes existuje několik hlavních typů polovodičů, které se liší svou konstrukcí, principem spínání a řadou dalších parametrů. Nejrozšířenější jsou následující typy tyristorů:

• Optické spínače určené k ovládání toku světla.
• Tyristory s tranzistorovým řízením řízeným polem.
• Invertorové polovodiče s vysokou spínací rychlostí.
• Symetrické úpravy umožňují nahradit dva polovodiče zapojené antiparalelně.
• Při překročení napěťových špiček se diody stanou vodivými.

Parametry a I - V charakteristiky tyristorů se v závislosti na jejich typu výrazně liší. V souladu s tím, výběrem jednoho nebo druhého typu bude možné zajistit správné fungování elektrických obvodů, což zjednoduší schéma provádění zařízení.

Metody přepínání

Činnost kláves je řízena pomocí příslušných spínacích signálů, které umožňují otevírání a zavírání vstupů a zároveň zajišťují správný chod elektrického zařízení.

Je obvyklé rozlišovat dva způsoby přepínání:

• Vynucený.
• Přírodní.

Při použití spínače se střídavým proudem dochází k přirozené komutaci vodičů. K přesměrování dochází, když proud klesne na nulu. Tento způsob ovládání zařízení nedostal správnou distribuci, protože při jeho použití je obtížné zajistit správnou funkci elektrického obvodu, což výrazně snižuje funkčnost tyristorů.

Pro nucenou komutaci jsou zapotřebí další kondenzátory, které se předem nabijí stisknutím tlačítka. V použitém řídicím obvodu je navíc zařazen LC obvod, u kterého je předpokladem nabitý kondenzátor. Při přechodu v zátěžovém obvodu dochází k mohutným proudovým výkyvům, což umožňuje spínat tyristory. K dnešnímu dni je nejrozšířenější nucené řízení pomocí polovodičů, což se vysvětluje jeho univerzálností, jednoduchostí a maximální spolehlivostí.

Odrůdy schémat nuceného řízení

K ovládání činnosti kláves lze použít různé typy nuceného spínání. Nejčastěji se používá obvod se spínacím kondenzátorem s obrácenou polaritou. Taková dioda je zapojena do obvodu pomocí přídavného pomocného tyristoru, který zajišťuje tvorbu náboje na pracovním polovodiči.

Proud kondenzátoru je směrován k proudu z hlavního vypínače, což umožňuje snížit napětí v síti, dokud tento parametr neklesne na nulu. Při poklesu proudu se tyristor vypne, načež se cyklus opakuje, což umožňuje správně řídit provoz celého elektrického obvodu a zejména jeho jednotlivých prvků.

Je také možné použít obvod nucené komutace, kde jsou zapojeny obvody LC. Na začátku spínání je proud z LC-obvodu nasměrován k provoznímu napětí, rychle se vyrovnají a tyristor se vypne.

Z oscilačního obvodu proudí elektrický proud přes spínač do polovodičové diody. Na tyristory je přivedeno odpovídající napětí, které se v modulu rovná úbytku napětí na diodě.

Použití ve výkonných obvodech

Hlavním účelem tyristorů je organizovat správný provoz výkonného obvodu. Začleněním polovodičů do obvodu můžete provádět následující operace:

• Měňte průměrný proud, abyste pomohli regulovat řídicí signály.
• Odpojte nebo aktivujte elektrický obvod s aktivní a odporovou zátěží.

Charakteristickým rysem tyristorových spínačů je jejich schopnost vést proud výhradně v jednom směru. Proto je při jejich použití ve střídavých obvodech nutné zajistit paralelní zapojení. Průměrné indikátory elektrického proudu v době, kdy jsou signály aplikovány na tyristory, se mohou změnit, což si vynutí použití dalších kondenzátorů pro správnou organizaci obvodu.

Fázový způsob řízení provozu s nuceným spínáním umožňuje regulaci zátěže změnou amplitudy napětí mezi fázemi. Takové umělé spínání se provádí pomocí speciálních obvodů nebo instalací dalších uzamykatelných klíčů. Metoda řízení fáze se používá v nabíječkách, kde je potřeba regulovat sílu proudu s přihlédnutím k úrovni akumulované energie v baterii.

Technologie řízení šířky pulzu je často označována jako aktuální PWM. Když se tyristor otevře, je vydán řídicí signál. V přechodové fázi se napětí stane nulou, což je signál k uzavření klíče. Křivka proudu při použití fázové regulace nebude sinusová, ale zcela závislá na tvaru signálů napájecího napětí. Pulsně-šířkové řízení má složité implementační schéma, proto se tento způsob přepínání používá v průmyslových zařízeních a výkonných napájecích zdrojích.

Správné připojení a ochrana

Výkonové tyristory jsou rozhodující pro rychlost nárůstu proudu. Hodnota elektrického proudu při zpětném toku spínačem může klesnout až na nulu, což vede k přepětí polovodičů. K ochraně kláves se používají přídavné diody a různé obvody pro ochranu zařízení v dynamických režimech.

Použití takového obvodu umožňuje paralelní zapínání spínačů, což zabraňuje poklesu zpětného proudu a přepětí polovodičů na nulu. Dnes existuje mnoho možností pro schematické úpravy obvodů, které se používají v závislosti na parametrech tyristorů v různých podmínkách a režimech.