Тиристорлар - толық басқарылмайтын электрлік қуат кілттері. Көбінесе техникалық кітаптарда сіз осы құрылғының басқа атауын көре аласыз - бір жұмыс істейтін тиристор. Басқаша айтқанда, басқару сигналының әсерінен ол бір күйге – өткізгіштікке ауысады. Нақтырақ айтқанда, ол тізбекті қамтиды. Оны өшіру үшін тізбектегі тұрақты токтың нөлге дейін төмендеуін қамтамасыз ететін арнайы жағдайлар жасау қажет.
Тиристорлардың мүмкіндіктері
Тиристорлық кілттер электр тогын тек алға бағытта өткізеді, ал жабық күйде ол тек алға ғана емес, кері кернеуге де төтеп бере алады. Тиристордың құрылымы төрт қабатты, үш шығысы бар:
- Анод (А әрпімен белгіленген).
- Катод (C немесе K әрпі).
- Басқару электроды (U немесе G).
Тиристорларда ток-кернеу сипаттамаларының тұтас тобы бар, оларды элементтің күйін бағалау үшін пайдалануға болады. Тиристорлар өте қуатты электронды кілттер болып табылады, олар кернеу 5000 вольтқа және ток күші - 5000 амперге (жиілігі 1000 Гц аспайтын кезде) жетуі мүмкін тізбектерді ауыстыруға қабілетті.
Тиристор жұмысы ішіндеТұрақты ток тізбектері
Кәдімгі тиристор басқару шығысына ток импульсін қолдану арқылы қосылады. Сонымен қатар, ол оң болуы керек (катодқа қатысты). Өтпелі процестің ұзақтығы жүктеменің сипатына (индуктивті, активті), ток импульсін басқару тізбегіндегі көтерілу амплитудасы мен жылдамдығына, жартылай өткізгіш кристалының температурасына, сонымен қатар тиристорларға түсетін ток пен кернеуге байланысты. тізбекте қол жетімді. Тізбектің сипаттамалары қолданылатын жартылай өткізгіш элемент түріне тікелей байланысты.
Тиристор орналасқан тізбекте кернеудің жоғарылау жылдамдығының пайда болуына жол берілмейді. Атап айтқанда, элемент өздігінен қосылатын мән (тіпті басқару тізбегінде сигнал болмаса да). Бірақ сонымен бірге басқару сигналы өте жоғары көлбеу болуы керек.
Өшіру жолдары
Тиристорды ауыстырудың екі түрін ажыратуға болады:
- Табиғи.
- Мәжбүрлі.
Ал енді әр түр туралы толығырақ. Табиғи жағдай тиристор айнымалы ток тізбегінде жұмыс істегенде пайда болады. Сонымен қатар, бұл ауысу ток нөлге дейін төмендеген кезде орын алады. Бірақ мәжбүрлеп ауыстыруды жүзеге асыру үшін әртүрлі жолдар көп болуы мүмкін. Тиристорлық басқарудың қайсысын таңдау схеманы құрастырушыға байланысты, бірақ әр түрі туралы бөлек сөйлескен жөн.
Мәжбүрлеп ауыстырудың ең тән жолы – қосылутүйме (кілт) арқылы алдын ала зарядталған конденсатор. LC тізбегі тиристорды басқару тізбегіне кіреді. Бұл тізбекте толық зарядталған конденсатор бар. Өтпелі процесс кезінде ток жүктеме тізбегінде ауытқиды.
Мәжбүрлі ауыстыру әдістері
Мәжбүрлеп ауыстырудың бірнеше басқа түрлері бар. Көбінесе кері полярлығы бар коммутациялық конденсаторды пайдаланатын схема қолданылады. Мысалы, бұл конденсаторды қандай да бір қосалқы тиристордың көмегімен тізбекке қосуға болады. Бұл жағдайда негізгі (жұмыс істейтін) тиристорда разряд пайда болады. Бұл конденсатордағы негізгі тиристордың тұрақты токына бағытталған ток тізбектегі токты нөлге дейін төмендетуге көмектеседі. Сондықтан тиристор өшеді. Бұл тиристорлық құрылғының өзіне ғана тән сипаттамалары бар болғандықтан орын алады.
LC тізбектері қосылған схемалар да бар. Олар шығарылады (және ауытқулармен). Ең басында разрядтық ток жұмысшыға қарай ағады, ал олардың мәндерін теңестіргеннен кейін тиристор өшіріледі. Осыдан кейін тербелмелі тізбектен ток тиристор арқылы жартылай өткізгіш диодқа өтеді. Бұл жағдайда ток ағып жатқанда тиристорға белгілі бір кернеу беріледі. Ол диодтағы кернеудің төмендеуіне тең модуль.
Айнымалы ток тізбегіндегі тиристор жұмысы
Егер тиристор айнымалы ток тізбегіне қосылса, мұндай әрекеттерді орындауға болады.операциялар:
- Белсенді-резистивті немесе резистивті жүктемесі бар электр тізбегін қосыңыз немесе өшіріңіз.
- Басқару сигналының сәтін реттеу мүмкіндігінің арқасында жүктеме арқылы өтетін токтың орташа және тиімді мәнін өзгертіңіз.
Тиристорлық кілттердің бір ерекшелігі бар - олар токты тек бір бағытта өткізеді. Сондықтан оларды айнымалы ток тізбегінде пайдалану қажет болса, кері қосылымды пайдалану керек. Тиристорларға сигнал беру сәтінің әртүрлі болуына байланысты тиімді және орташа ток мәндері өзгеруі мүмкін. Бұл жағдайда тиристордың қуаты ең аз талаптарға сай болуы керек.
Фазалық басқару әдісі
Мәжбүрлі түрдегі фазалық басқару әдісінде жүктеме фазалар арасындағы бұрыштарды өзгерту арқылы реттеледі. Жасанды коммутацияны арнайы схемалар арқылы жүзеге асыруға болады немесе толық басқарылатын (құлыпталатын) тиристорларды пайдалану қажет. Олардың негізінде, әдетте, батарея зарядының деңгейіне байланысты ток күшін реттеуге мүмкіндік беретін тиристорлық зарядтағыш жасалады.
Импульс енін басқару
Олар оны PWM модуляциясы деп те атайды. Тиристорларды ашу кезінде басқару сигналы беріледі. Түйіспелер ашық және жүктемеде біраз кернеу бар. Жабу кезінде (барлық өтпелі процесс кезінде) басқару сигналы берілмейді, сондықтан тиристорлар ток өткізбейді. Іске асыру кезіндефазалық басқару тогының қисығы синусоидалы емес, қоректену кернеуінің толқын пішінінің өзгеруі бар. Демек, жоғары жиілікті кедергілерге сезімтал тұтынушылардың жұмысының бұзылуы да бар (үйлесімсіздік пайда болады). Тиристорлық реттегіш қарапайым дизайнға ие, ол қажетті мәнді еш қиындықсыз өзгертуге мүмкіндік береді. Және үлкен LATR пайдаланудың қажеті жоқ.
Тиристорлар құлыпталады
Тиристорлар - жоғары кернеулер мен токтарды ауыстыру үшін қолданылатын өте қуатты электрондық қосқыштар. Бірақ олардың бір үлкен кемшілігі бар - басқару толық емес. Нақтырақ айтсақ, бұл тиристорды өшіру үшін тұрақты ток нөлге дейін төмендейтін жағдай жасау қажет екендігімен көрінеді.
Бұл тиристорларды пайдалануға кейбір шектеулер қоятын, сондай-ақ оларға негізделген тізбектерді қиындатқан осы мүмкіндік. Осындай кемшіліктерден құтылу үшін тиристорлардың арнайы конструкциялары әзірленді, олар бір басқару электродының бойымен сигналмен бекітіледі. Олар қос жұмыс істейтін немесе құлыпталатын тиристорлар деп аталады.
Құлыпталатын тиристор дизайны
Тиристорлардың төртқабатты p-p-p-p құрылымының өзіндік сипаттамалары бар. Олар оларды әдеттегі тиристорлардан ерекшелендіреді. Енді біз элементтің толық басқару мүмкіндігі туралы айтып отырмыз. Алға бағыттағы ток кернеуінің сипаттамасы (статикалық) қарапайым тиристорлардағыдай. Бұл жай ғана тұрақты ток тиристоры әлдеқайда үлкен мәнді өткізе алады. Біраққұлыпталатын тиристорлар үшін үлкен кері кернеулерді блоктау функциясы қарастырылмаған. Сондықтан оны жартылай өткізгіш диодпен бір-біріне жалғау керек.
Құлыпталатын тиристордың сипатты ерекшелігі – алға кернеулердің айтарлықтай төмендеуі. Өшіруді жүзеге асыру үшін басқару шығысына қуатты ток импульсі (теріс, тұрақты ток мәніне 1:5 қатынасында) қолданылуы керек. Бірақ тек импульс ұзақтығы мүмкіндігінше қысқа болуы керек - 10 … 100 мкс. Құлыпталатын тиристорлар әдеттегіге қарағанда төменгі шекті кернеу мен токқа ие. Айырмашылық шамамен 25-30%.
Тиристорлардың түрлері
Құлыпталатындар жоғарыда талқыланды, бірақ жартылай өткізгіш тиристорлардың тағы да көптеген түрлері бар, оларды да атап өткен жөн. Конструкциялардың кең ауқымы (зарядтағыштар, ажыратқыштар, қуат реттегіштері) тиристорлардың белгілі бір түрлерін пайдаланады. Бір жерде басқаруды жарық ағынын беру арқылы жүзеге асыру қажет, яғни опотиристор қолданылады. Оның ерекшелігі басқару тізбегінде жарыққа сезімтал жартылай өткізгіш кристалды қолдануында. Тиристорлардың параметрлері әртүрлі, барлығының өзіндік сипаттамалары бар, олар үшін ғана тән. Сондықтан, кем дегенде, жалпы алғанда, бұл жартылай өткізгіштердің қандай түрлері бар және оларды қайда қолдануға болатынын түсіну қажет. Міне, толық тізім және әр түрдің негізгі мүмкіндіктері:
- Диод-тиристор. Бұл элементтің эквиваленті тиристор болып табылады, оған антипараллель қосылғанжартылай өткізгіш диод.
- Динистор (диодты тиристор). Белгілі бір кернеу деңгейінен асып кетсе, ол толық өткізгіш болуы мүмкін.
- Триак (симметриялық тиристор). Оның баламасы – антипараллель қосылған екі тиристор.
- Жоғары жылдамдықты инвертор тиристоры жоғары ауысу жылдамдығына ие (5… 50 мкс).
- Өріс транзисторымен басқарылатын тиристорлар. Сіз MOSFET негізіндегі дизайнды жиі таба аласыз.
- Жарық ағындарымен басқарылатын оптикалық тиристорлар.
Элемент қорғауды енгізу
Тиристорлар – тура ток пен тура кернеудің айналу жылдамдығы үшін маңызды құрылғылар. Олар, жартылай өткізгішті диодтар сияқты, өте тез және күрт нөлге дейін төмендейтін кері қалпына келтіру токтарының ағыны сияқты құбылыспен сипатталады, осылайша асқын кернеу ықтималдығын күшейтеді. Бұл асқын кернеу индуктивтілігі бар тізбектің барлық элементтерінде токтың кенеттен тоқтауының салдары болып табылады (тіпті орнатуға тән ультра төмен индуктивтіліктер - сымдар, борттық жолдар). Қорғауды жүзеге асыру үшін динамикалық жұмыс режимдерінде өзіңізді жоғары кернеулер мен токтардан қорғауға мүмкіндік беретін әртүрлі схемаларды пайдалану қажет.
Әдетте, жұмыс істейтін тиристордың тізбегіне түсетін кернеу көзінің индуктивті кедергісі соншалықты мәнге ие, ол кейбір қосымшаларды қоспау үшін жеткілікті.индуктивтілік. Осы себепті, тәжірибеде, тиристорды өшірген кезде тізбектегі шамадан тыс кернеудің жылдамдығы мен деңгейін айтарлықтай төмендететін коммутациялық жолды қалыптастыру тізбегі жиі қолданылады. Осы мақсатта көбінесе сыйымдылық-резистивті тізбектер қолданылады. Олар тиристормен параллель қосылған. Мұндай тізбектердің схемаларын модификациялаудың бірнеше түрлері, сондай-ақ оларды есептеу әдістері, тиристорлардың әртүрлі режимдер мен жағдайларда жұмыс істеу параметрлері бар. Бірақ құлыпталатын тиристордың ауысу траекториясын құру схемасы транзисторлардікімен бірдей болады.
