I - V charakterystyka tyrystora: główne typy półprzewodników, metody przełączania i zasada działania przełączników mocy

Do przełączania i regulacji napięcia dużej mocy stosuje się tyrystory, które są rodzajem urządzeń półprzewodnikowych. Obecnie do prawidłowego działania sieci elektroenergetycznej stosuje się przełączniki o różnej mocy. Wystarczy poprawnie wybrać CVC (charakterystykę prądowo-napięciową) tyrystora, co eliminuje awarie sprzętu, zapewniając jego prawidłowe działanie.

Cechy półprzewodników

Głównym celem łączników tyrystorowych jest przesyłanie prądu elektrycznego w kierunku do przodu. W stanie zamkniętym półprzewodnik zatrzymuje napięcie w kierunku przewodzenia i wstecznego, zapewniając w ten sposób regulację sieci energetycznej.

Struktura tyrystora obejmuje trzy wyjścia:

• Elektroda kontrolna.
• Katoda.
• Anoda.

Wszystkie półprzewodniki mają swoją własną charakterystykę woltamperową, dzięki której można ocenić cel i stan tego elementu. Potężne przełączniki mogą pracować przy napięciu 5000 woltów, a maksymalny dopuszczalny prąd wynosi 5000 amperów.

instagram viewer

Zasada działania

Zasada działania tyrystora jest niezwykle prosta: włącza się go, dostarczając na wyjście potężne impulsy prądowe. Takie sygnały w odniesieniu do katod muszą być dodatnie. Na działanie tyrystora ma wpływ temperatura półprzewodnika oraz sposób przykładania napięcia i prądu do przełączników stosowanych w obwodzie.

W obwodzie elektrycznym, w którym stosuje się tyrystory, wyklucza się dużą szybkość wzrostu napięcia, co może prowadzić do spontanicznego włączenia elementu. Dlatego instalowane są dodatkowe diody i obwody, które zapewniają wyrównanie napięcia, zapobiegając pasożytniczym przepięciom. Jedną z cech używania kluczy jest obecność w obwodzie stromości charakterystyki sygnału sterującego, która jest niezbędna do ich prawidłowego działania.

Główne odmiany

Obecnie istnieje kilka głównych typów półprzewodników, które różnią się konstrukcją, zasadą przełączania i szeregiem innych parametrów. Najbardziej rozpowszechnione są następujące typy tyrystorów:

• Przełączniki optyczne przeznaczone do sterowania przepływem światła.
• Tyrystory ze sterowaniem tranzystorem polowym.
• Półprzewodniki inwerterowe o dużej szybkości przełączania.
• Modyfikacje symetryczne umożliwiają zastąpienie dwóch półprzewodników połączonych antyrównolegle.
• Diody stają się przewodzące po przekroczeniu szczytów napięcia.

Parametry i charakterystyki I - V tyrystorów, w zależności od ich rodzaju, znacznie się różnią. W związku z tym, wybierając jedną lub drugą odmianę, możliwe będzie zapewnienie prawidłowego funkcjonowania obwodów elektrycznych, upraszczając schemat wykonania sprzętu.

Metody przełączania

Działanie klawiszy jest sterowane za pomocą odpowiednich sygnałów przełączających, które umożliwiają otwieranie i zamykanie wejść, zapewniając jednocześnie poprawną pracę urządzeń elektrycznych.

Zwyczajowo rozróżnia się dwie metody przełączania:

• Wymuszony.
• Naturalny.

Naturalna komutacja przewodów występuje, gdy przełącznik jest używany z prądem przemiennym. Przekierowanie następuje, gdy prąd spada do zera. Ta metoda sterowania urządzeniami nie została właściwie rozprowadzona, ponieważ przy jej użyciu trudno jest zapewnić prawidłowe działanie obwodu elektrycznego, co znacznie zmniejsza funkcjonalność tyrystorów.

W przypadku wymuszonej komutacji wymagane są dodatkowe kondensatory, które są ładowane z góry przez naciśnięcie przycisku z kluczem. Obwód LC jest dodatkowo uwzględniony w stosowanym obwodzie sterowania, w którym warunkiem wstępnym jest naładowany kondensator. Podczas przejścia w obwodzie obciążenia występują silne wahania prądu, co umożliwia przełączanie tyrystorów. Do tej pory najbardziej rozpowszechnione jest sterowanie wymuszone za pomocą półprzewodników, co tłumaczy się jego wszechstronnością, prostotą i maksymalną niezawodnością.

Odmiany wymuszonych schematów sterowania

Do sterowania działaniem klawiszy można wykorzystać różne rodzaje wymuszonego przełączania. Najczęściej stosuje się obwód z kondensatorem przełączającym o odwrotnej polaryzacji. Taka dioda jest podłączona do obwodu za pomocą dodatkowego pomocniczego tyrystora, który zapewnia tworzenie ładunku na półprzewodniku roboczym.

Prąd kondensatora kierowany jest na prąd z wyłącznika głównego, co pozwala na obniżenie napięcia w sieci, aż ten parametr spadnie do zera. Gdy prąd maleje, tyrystor jest wyłączany, po czym cykl się powtarza, co pozwala na prawidłową kontrolę pracy całego obwodu elektrycznego, a w szczególności jego poszczególnych elementów.

Możliwe jest również zastosowanie obwodu wymuszonej komutacji, do którego podłączone są obwody LC. Na początku przełączania prąd z obwodu LC jest kierowany w kierunku napięcia roboczego, są one szybko wyrównywane, a tyrystor wyłączany.

Z obwodu oscylacyjnego prąd przepływa przez przełącznik do diody półprzewodnikowej. Do tyrystorów przykładane jest odpowiednie napięcie, które w wartości bezwzględnej jest równe spadkowi napięcia na diodzie.

Używaj w potężnych obwodach

Głównym celem tyrystorów jest zorganizowanie prawidłowego działania potężnego obwodu. Włączając półprzewodniki w obwód, możesz wykonać następujące operacje:

• Zmieniaj średni prąd, aby pomóc w regulacji sygnałów sterujących.
• Odłączyć lub włączyć obwód elektryczny z obciążeniem czynnym i rezystancyjnym.

Cechą przełączników tyrystorowych jest ich zdolność do przewodzenia prądu wyłącznie w jednym kierunku. Dlatego stosując je w obwodach prądu przemiennego, konieczne jest zapewnienie połączenia równoległego. Średnie wskaźniki prądu elektrycznego w momencie przyłożenia sygnałów do tyrystorów mogą się zmieniać, co wymusza stosowanie dodatkowych kondensatorów dla prawidłowej organizacji obwodu.

Metoda sterowania fazowego pracy z wymuszonym przełączaniem umożliwia regulację obciążenia poprzez zmianę amplitudy napięcia między fazami. Takie sztuczne przełączanie odbywa się za pomocą specjalnych obwodów lub instalacji dodatkowych kluczy z blokadą. Metoda kontroli fazy stosowana jest w ładowarkach, gdzie wymagana jest regulacja natężenia prądu z uwzględnieniem poziomu energii zgromadzonej w akumulatorze.

Technologia sterowania szerokością impulsu jest często określana jako aktualny PWM. Gdy tyrystor się otwiera, podawany jest sygnał sterujący. W fazie przejściowej napięcie spada do zera, co jest sygnałem do zamknięcia klucza. Krzywa prądu przy zastosowaniu sterowania fazowego nie będzie sinusoidalna, ale całkowicie zależna od przebiegu napięcia zasilania. Sterowanie szerokością impulsu ma złożony schemat implementacji, dlatego ta metoda przełączania jest stosowana w urządzeniach przemysłowych i potężnych zasilaczach.

Prawidłowe połączenie i ochrona

Tyrystory mocy mają kluczowe znaczenie dla szybkości narastania prądu. Wartość prądu elektrycznego płynącego z powrotem przez przełącznik może spaść do zera, co prowadzi do przepięcia półprzewodników. Aby chronić klucze, dodatkowe diody i różne obwody służą do ochrony urządzeń w trybach dynamicznych.

Zastosowanie takiego układu umożliwia równoległe włączanie przełączników, co zapobiega spadkowi prądu wstecznego i przepięcia półprzewodników do zera. Obecnie istnieje wiele opcji schematycznych modyfikacji obwodów, które są stosowane w zależności od parametrów tyrystorów w różnych warunkach i trybach.