Zum Schalten und Regeln von Hochleistungsspannungen werden Thyristoren verwendet, die eine Art Halbleiterbauelement sind. Heutzutage werden Schalter unterschiedlicher Leistung verwendet, um den korrekten Betrieb des Stromnetzes sicherzustellen. Sie müssen nur die CVC (Strom-Spannungs-Kennlinie) des Thyristors richtig auswählen, um Geräteausfälle zu vermeiden und seine korrekte Funktion zu gewährleisten.
Inhalt
- Eigenschaften von Halbleitern
- Arbeitsprinzip
- Hauptsorten
- Umschaltmethoden
- Sorten von Zwangskontrollsystemen
- Einsatz in leistungsstarken Schaltungen
- Korrekter Anschluss und Schutz
Eigenschaften von Halbleitern
Der Hauptzweck von Thyristorschaltern besteht darin, elektrischen Strom in Durchlassrichtung zu übertragen. Im geschlossenen Zustand fängt der Halbleiter Durchlass- und Sperrspannungen ein, wodurch eine Stromnetzregelung bereitgestellt wird.
Die Thyristorstruktur umfasst drei Ausgänge:
- Steuerelektrode.
- Kathode.
- Anode.
Alle Halbleiter haben ihre eigenen Volt-Ampere-Kennlinien, anhand derer man den Zweck und den Zustand dieses Elements beurteilen kann. Leistungsstarke Schalter können mit einer Spannung von 5000 Volt betrieben werden und der maximal zulässige Strom beträgt 5000 Ampere.
Arbeitsprinzip
Das Funktionsprinzip eines Thyristors ist denkbar einfach: Er wird durch Anlegen starker Stromimpulse an den Ausgang eingeschaltet. Solche Signale bezüglich der Kathoden müssen positiv sein. Der Betrieb des Thyristors wird durch die Temperatur des Halbleiters beeinflusst und ein Verfahren zum Anlegen von Spannung und Strom an die in der Schaltung verwendeten Schalter.
In einem Stromkreis, in dem Thyristoren verwendet werden, ist eine hohe Spannungssteilheit ausgeschlossen, die zum spontanen Einschalten des Elements führen kann. Daher werden zusätzliche Dioden und Schaltungen installiert, die für einen Spannungsausgleich sorgen und parasitäre Überspannungen verhindern. Eines der Merkmale der Verwendung von Tasten ist das Vorhandensein der Steilheit der Steuersignaleigenschaften in der Schaltung, die für ihren korrekten Betrieb erforderlich ist.
Hauptsorten
Heutzutage gibt es mehrere Haupttypen von Halbleitern, die sich in ihrem Design, Schaltprinzip und einer Reihe anderer Parameter unterscheiden. Am weitesten verbreitet sind die folgenden Typen von Thyristoren:
-
Optische Schalter zur Steuerung des Lichtflusses. - Thyristoren mit Feldeffekttransistorsteuerung.
- Wechselrichter-Halbleiter mit hoher Schaltgeschwindigkeit.
- Symmetrische Modifikationen ermöglichen den Austausch von zwei antiparallel geschalteten Halbleitern.
- Dioden werden leitend, wenn die Spannungsspitzen überschritten werden.
Die Parameter und I - V-Kennlinien von Thyristoren unterscheiden sich je nach Typ erheblich. Dementsprechend ist es durch die Wahl des einen oder anderen Typs möglich, das korrekte Funktionieren der elektrischen Schaltungen sicherzustellen, wodurch das Ausführungsschema der Ausrüstung vereinfacht wird.
Umschaltmethoden
Die Betätigung der Tasten wird über die entsprechenden Schaltsignale gesteuert, mit denen Sie die Eingänge öffnen und schließen können und gleichzeitig den ordnungsgemäßen Betrieb der elektrischen Ausrüstung sicherstellen.
Es ist üblich, zwei Umschaltmethoden zu unterscheiden:
- Gezwungen.
- Natürlich.
Eine natürliche Kommutierung von Leitern tritt auf, wenn der Schalter mit Wechselstrom verwendet wird. Die Umleitung erfolgt, wenn der Strom auf Null fällt. Diese Methode zur Steuerung von Geräten wurde nicht richtig verbreitet, da es bei ihrer Verwendung schwierig ist, den korrekten Betrieb des Stromkreises sicherzustellen, wodurch die Funktionalität der Thyristoren erheblich reduziert wird.
Für die Zwangskommutierung werden zusätzliche Kondensatoren benötigt, die vorab durch Drücken des Schlüsselknopfes aufgeladen werden. Im verwendeten Regelkreis ist zusätzlich ein LC-Kreis enthalten, bei dem ein geladener Kondensator Voraussetzung ist. Beim Übergang im Lastkreis treten starke Stromschwankungen auf, die das Schalten von Thyristoren ermöglichen. Bis heute ist die Zwangssteuerung mit Halbleitern am weitesten verbreitet, was sich durch ihre Vielseitigkeit, Einfachheit und maximale Zuverlässigkeit erklärt.
Sorten von Zwangskontrollsystemen
Zur Steuerung der Tastenbetätigung können verschiedene Arten von Zwangsschaltungen verwendet werden. Am häufigsten wird eine Schaltung mit einem Schaltkondensator mit umgekehrter Polarität verwendet. Eine solche Diode wird über einen zusätzlichen Hilfsthyristor an den Stromkreis angeschlossen, der für die Ladungsbildung des Arbeitshalbleiters sorgt.
Der Kondensatorstrom wird auf den Strom vom Hauptschalter gerichtet, wodurch die Spannung im Netz reduziert werden kann, bis dieser Parameter auf Null fällt. Wenn der Strom abnimmt, wird der Thyristor ausgeschaltet, woraufhin der Zyklus wiederholt wird, was es ermöglicht, den Betrieb des gesamten Stromkreises und insbesondere seiner einzelnen Elemente korrekt zu steuern.
Es ist auch möglich, eine Zwangskommutierungsschaltung zu verwenden, bei der LC-Kreise angeschlossen sind. Zu Beginn des Schaltens wird der Strom aus der LC-Kette auf die Betriebsspannung gelenkt, diese werden schnell ausgeglichen und der Thyristor wird abgeschaltet.
Vom Schwingkreis fließt der Strom durch den Schalter in die Halbleiterdiode. An die Thyristoren wird eine entsprechende Spannung angelegt, die betragsmäßig gleich dem Spannungsabfall an der Diode ist.
Einsatz in leistungsstarken Schaltungen
Der Hauptzweck von Thyristoren besteht darin, den korrekten Betrieb einer leistungsstarken Schaltung zu organisieren. Durch die Einbeziehung von Halbleitern in die Schaltung Sie können die folgenden Operationen ausführen:
-
Variieren Sie den durchschnittlichen Strom, um die Steuersignale zu regulieren. - Trennen oder aktivieren Sie einen Stromkreis mit einer aktiven und ohmschen Last.
Ein Merkmal von Thyristorschaltern ist ihre Fähigkeit, Strom ausschließlich in eine Richtung zu leiten. Daher muss bei der Verwendung in Wechselstromkreisen eine Parallelschaltung sichergestellt werden. Die durchschnittlichen Indikatoren des elektrischen Stroms zum Zeitpunkt des Anlegens der Signale an die Thyristoren können sich ändern, was die Verwendung zusätzlicher Kondensatoren für die korrekte Organisation der Schaltung erzwingt.
Die Phasenanschnitts-Betriebsart mit Zwangsschaltung ermöglicht die Regelung der Last durch Änderung der Spannungsamplitude zwischen den Phasen. Ein solches künstliches Schalten erfolgt über spezielle Schaltungen oder die Installation zusätzlicher abschließbarer Schlüssel. Die Phasenanschnittsmethode wird in Ladegeräten verwendet, bei denen die Stromstärke unter Berücksichtigung der in der Batterie angesammelten Energie reguliert werden muss.
Die Pulsweitensteuerungstechnologie wird oft als Strom-PWM bezeichnet. Beim Öffnen des Thyristors wird ein Steuersignal ausgegeben. In der Übergangsphase wird die Spannung Null, was ein Signal zum Schließen des Schlüssels ist. Der Stromverlauf bei Phasenanschnitt ist nicht sinusförmig, sondern vollständig abhängig von der Wellenform der Versorgungsspannung. Die Pulsweitensteuerung hat ein komplexes Implementierungsschema, daher wird diese Schaltmethode in Industrieanlagen und leistungsstarken Stromversorgungen verwendet.
Korrekter Anschluss und Schutz
Leistungsthyristoren sind entscheidend für die Anstiegsgeschwindigkeit des Stroms. Der Wert des elektrischen Stroms, wenn er durch den Schalter zurückfließt, kann auf Null sinken, was zu einer Überspannung der Halbleiter führt. Zum Schutz der Tasten werden zusätzliche Dioden und verschiedene Schaltungen verwendet, um Geräte in dynamischen Modi zu schützen.
Die Verwendung einer solchen Schaltung ermöglicht das parallele Einschalten von Schaltern, wodurch verhindert wird, dass Rückstrom und Überspannung von Halbleitern auf Null abfallen. Heutzutage gibt es viele Möglichkeiten für schematische Modifikationen von Schaltungen, die in Abhängigkeit von den Parametern von Thyristoren in verschiedenen Bedingungen und Modi verwendet werden.
