Применение тиристора
Виды и устройство. Контроллер нагрева паяльника Управление мощностью паяльника не только положительно сказывается на сроке его службы, предотвращая жало и внутренние его элементы от перегревания, но и позволяет выпаивать радиоэлементы, критичные к температуре устройства.
Таким образом, напряжение будет полноценно регулироваться на коллекторном двигателе, который оборудован специальным щелочным узлом. В принципе, можно было бы просто заменить полупроводник мощным механическим выключателем.
Таким образом, напряжение будет полноценно регулироваться на коллекторном двигателе, который оборудован специальным щелочным узлом. В принципе, можно было бы просто заменить полупроводник мощным механическим выключателем.
А это может произойти только в отрицательном полупериоде сетевого напряжения, поступающего на вывод 13 элемента DD1.
Фото — тиристор кун Цена тиристора зависит от его марки и характеристик.
Фото — тиристор кун Цена тиристора зависит от его марки и характеристик.
Эта кнопка соединяет управляющий электрод У с источником питания через резистор R1. В этом месте находится ферритовый фильтр высокочастотных помех.
Они могли легко увидеть, что число оборотов в таких изделиях зависит, главным образом, от общей глубины нажатия на кнопку-курок в устройстве. Управляемый электрод.
Они могли легко увидеть, что число оборотов в таких изделиях зависит, главным образом, от общей глубины нажатия на кнопку-курок в устройстве. Управляемый электрод.
Фиксация состояния удержания остаётся стабильной при положительном полупериоде и автоматически сбрасывается, когда положительный полупериод заканчивается. Тиристорный модуль SKKT92-12E
Читайте дополнительно: Прокладка кабельных линий в земле снип
Принцип действия тиристора
Основное применение этого типа элементов это создание на их основе силовых тиристорных ключей для коммутации больших токов и их регулирования. Включение выполняется сигналом, переданным на управляющий электрод. При этом элемент является не полностью управляемым, и для его закрытия необходимо применение дополнительных мер, которые обеспечат падение величины напряжения до нуля.
Если говорить, как работает тиристор простым языком, то он, по аналогии с диодом, может проводить ток только в одном направлении, поэтому при его подключении нужно соблюдать правильную полярность. При подаче напряжения к аноду и катоду этот элемент будет оставаться закрытым до момента, когда на управляющий электрод будет подан соответствующий электрический сигнал. Теперь, независимо от наличия или отсутствия управляющего сигнала, он не изменит своего состояния и останется открытым.
Условия закрытия тиристора:
- Снять сигнал с управляющего электрода;
- Снизить до нуля напряжение на катоде и аноде.
Для сетей переменного тока выполнение этих условий не вызывает особых трудностей. Синусоидальное напряжение, изменяясь от одного амплитудного значения до другого, снижается до нулевой величины, и если в этот момент управляющего сигнала нет, то тиристор закроется.
В случае использования тиристоров в схемах постоянного тока для принудительной коммутации (закрытия тиристора) используют ряд способов, наиболее распространённым является использование конденсатора, который был предварительно заряжен. Цепь с конденсатором подключается к схеме управления тиристором.
Можно подумать, что применение тиристоров неоправданно, не проще ли использовать обычный ключ? Огромным плюсом тиристора является то, что он позволяет коммутировать огромные токи в цепи анода-катода при помощи ничтожно малого управляющего сигнала, поданного в цепь управления. При этом не возникает искрения, что немаловажно для надёжности и безопасности всей схемы.
Симисторы
Вот для таких случаев и был изобретён симистор. Поговорим о нем и о принципе работы для чайников. Главное отличие симисторов от рассмотренных выше элементов заключается в способности пропускать ток в обоих направлениях. По сути, это два тиристора с общим управлением, подключённые встречно-параллельно (рисунок. 3 А).
Условное графическое обозначение этого электронного компонента показано на Рис. 3 В. Следует заметить, что называть силовые выводы анодом и катодом будет не корректно, так как ток может проводиться в любом направлении, поэтому их обозначают Т1 и Т2. Управляющий электрод обозначается G.
Применяется этот тип электронных компонентов в производственной сфере, бытовых устройствах и электроинструментах для плавного регулирования тока. Это управление электродвигателями, нагревательными элементами, зарядными устройствами.
В завершение хотелось бы сказать, что и тиристоры и симисторы, коммутируя значительные токи, обладают весьма скромными размерами, при этом на их корпусе выделяется значительная тепловая мощность. Проще говоря, они сильно греются, поэтому для защиты элементов от перегрева и теплового пробоя используют теплоотвод, который в простейшем случае представляет собой алюминиевый радиатор.
Тиристоры составляют наиболее широкий класс полупроводниковых приборов с отрицательным сопротивлением и предназначены в основном для коммутации токов и напряжений в сильноточных схемах. Большое число типов тиристоров с разнообразными характеристиками определяют многообразие ключевых и коммутирующих схем на их основе, тем не менее, общее свойство этих приборов – S-образная вольтамперная характеристика – позволяет обобщенно подходить к анализу статических и динамических свойств тиристорных ключей.
Для обеспечения работы ключа в двух устойчивых режимах его нагрузочная прямая должна пересекать вольт-амперную характеристику в трех точках (/, 2, 3) (рис. . )) из которых положения 1 и 3 являются устойчивыми. Если при отсутствии входного сигнала приложенное к тиристору прямое напряжение не превышает UВКЛ, то ключ находится в закрытом состоянии.
Однако с приближением напряжения на тиристоре к величине, равной UВКЛ, закрытое состояние оказывается неустойчивым. Более того, некоторые образцы тиристоров могут самопроизвольно отпираться при выдержке под напряжением, значительно меньшем UВКЛ, что проявляется особенно сильно с увеличением, температуры.
Поэтому закрытое состояние тиристора характеризуется лишь частью напряжения UВКЛ, т. е. максимально допустимым прямым напряжением UПР.МАКС, находясь под которым прибор должен оставаться закрытым в течение всего срока службы.
Для трехэлектродных тиристоров значение UПР.МАКС можно увеличить, если зашунтировать управляющий переход или подать на него отрицательное смещение, что вызывает протекание в цепи управляющего электрода запирающего тока IУ.
Сопротивление тиристорного ключа в закрытом состоянии определяется током утечки в прямом направлении IУТ, измеренным при напряжении UПР.МАКС и максимально допустимой температуре, и током IК0 центрального перехода П2.
Это позволяет использовать в качестве эквивалентной схемы тиристора в закрытом состоянии сопротивление, величина которого равна RОБР, и источник тока IК0 .
Сопротивление ключа в открытом состоянии определяется остаточным напряжением UОБР, измеренным при протекании максимального прямого тока IПР.МАХ, который задается исходя из максимально допустимой мощности рассеивания на тиристоре РМАХ.
Это позволяет заменить открытый тиристор эквивалентным сопротивлением RПР. величина которого равна RПР = UОСТ/IПР.
П
UВКЛ.ИМП, переключающего ДТ в открытое состояние, которую в соответствии со справочными обозначениями, принятыми для диодных тиристоров, будем обозначать UПУСК, и статическим значением UВКЛ не существует корреляционного соответствия. Амплитуда UПУСК в основном зависит от длительности фронта импульса отпирающего напряжения на аноде тиристора tФ, емкости участка анод-катод закрытого диодного тиристора CДТ≈CП2 где CП2– емкость центрального р-n перехода, а следовательно, и от внутреннего сопротивления генератора отпирающих импульсов RВН.
Для отпирания импульсного ключа, выполненного на трехэлектродном приборе (ТТ или ЗТ), и запирания ключа на ЗТ необходимо обеспечить протекание определенного импульса тока в цепи управления тиристора. Амплитуда этого импульса, прежде всего, зависит от его длительности, а при запирании – и от величины прямого тока анода IПР, протекающего через открытый тиристор.
Одним из основных параметров, характеризующих процесс отпирания трехэлектродных тиристоров, является импульсный ток спрямления IСПР, под которым следует понимать минимальную амплитуду положительного импульса тока управления заданной длительности, переключающего тиристор в открытое состояние при определенном напряжении на аноде.
Длительность процесса отпирания характеризуется временем задержки tЗ (ток анода возрастает до 0,1 IПР) и временем установления прямого сопротивления tУСТ (ток анода изменяется от 0,IПР до 0,9 IПР), которые в сумме составляют время включения tВКЛ, а длительность процесса запирания характеризуется временем запаздывания tЗП (ток анода уменьшается до 0,9 IПР) и временем спада tСП (ток анода изменяется от 0,9 IПР до 0,1 IПР), которые в сумме составляют время запирания tЗАП.
Время переключения тиристорного ключа, несмотря на действие сильной внутренней положительной обратной связи составляет существенно большую величину, чем аналогичный параметр у транзисторных ключей. Это объясняется режимом глубокого насыщения p-n-p-n– структуры и связанным с ним накоплением и рассасыванием большого объемного заряда.
Заметим, что при активно-индуктивном характере нагрузки тиристорного ключа нарастание прямого тока определяется не только и не столько инерционностью самого прибора, сколько постоянной времени нагрузки. Для таких ключей длительность управляющих импульсов выбирается не только по минимально заданным справочным данным, но и в зависимости от постоянной времени нагрузки, учитывая, что в течении длительности импульса управления прямой ток должен успеть превысить величину IВЫКЛ.
К числу параметров, характеризующих отпирание тиристорного ключа, следует отнести и максимально допустимую скорость нарастания анодного тока (dIПР/dt)MAX.
Ограничение скорости (dIПР/dt)сверху обусловлено влиянием неодномерных явлений на процесс отпирания тиристора и оказывается особенно сильным в режимах, когда амплитуда импульса прямого тока IПР.
ИМП>> IПР.МАХ. Значения (dIПР/dt)иIПР.ИМП.МАХ. зависят от длительности импульсов прямого тока и частоты их следования.
Построение и расчет цепей отпирания, выключения и запирания тиристорных ключей являются первоочередными задачами, которые приходится решать при проектировании тиристорных устройств. При этом под выключением тиристоров понимается их выключение пo анодной цепи, а под запиранием – выключение по цепи управляющего электрода.
Анализ цепей отпирания. Цепь отпирания должна обеспечить включение от импульса сигнала управления, защиту тиристора от отпирающего импульса помехи и запас по минимально допустимому режиму входной цепи прибора. Эти требования необходимо удовлетворить в заданном диапазоне внешних, например, температурных, воздействий для любого тиристора выбранного типа.
Для обеспечения гарантированного включения тиристора и исключения его срабатывания от сигнала помехи UПОМ необходимо удовлетворить неравенства
где UПОМ.Уи IПОМ.У– допустимые значения напряжения и тока помехи, действующей в управляющей цепи.
В случае индуктивного характера нагрузки (рис. 4.7.1-а) длительность импульса управления необходимо увеличить до значения
Для уменьшения длительности управляющих импульсов индуктивную нагрузку целесообразно шунтировать активным сопротивлением или последовательной RС-цепью (рис. 4.7.1-б и -в), параметры которых для схемы рис. 4.7.1, а выбираются из условия
а для схемы рис. 4.7.1.
Применение резистивно-емкостного шунта уменьшает потери мощности по сравнению с чисто резистивным шунтом, однако при
а и –б) исключает протекание обратного тока через управляющий переход, что не допускается для обычных триодных тиристоров, а включение RШповышает устойчивость тиристоров против самопроизвольного включения В схеме (рис. 4.7.2-б) роль сопротивления шунта играет малое по постоянному току сопротивление выходной обмотки трансформатора. Включение разделительной емкости CР в схеме рис. 4.7.2-в позволяет сформировать управляющий импульс с формой, близкой к оптимальной, т. е. крутым и большим по амплитуде передним фронтом и экспоненциально убывающей вершиной.
Схемы цепей отпирания ключей на диодных тиристорах приведены на рис. 4.7.2 г-е. При подаче короткого импульса положительной (рис 4.7.2-г) или отрицательной (рис. 4.7.2-д) полярности в цепи анод – катод тиристора через емкость центрального перехода CП2 = CS протекает ток, который обеспечивает накопление в базах S заряда QВКЛ, необходимого для отпирания прибора.
а в схеме рис. 4.7.2 –г и д – неравенства
А
нализ цепей выключения.Для выключения тиристора по аноду необходимо уменьшить протекающий через тиристор ток до величины меньшей IВЫКЛ.MIN, на время большее tВЫКЛ. В цепях постоянного тока эта задача решается с помощью транзисторного ключа или коммутирующих реактивных элементов
Схемы выключения тиристорного ключа с последовательным и параллельным транзисторами показаны на рис. 4.7.3 –а и –б. Последовательный
транзистор, запираясь оложительным импульсом, прерывает протекание тока через тиристор на время tИ > tВЫКЛ. Дополнительное подключение Еповышает надежность выключения, компенсируя ток IК0 закрытого транзистора, и способствует повышению скорости рассасывания объемного заряда и, тем самым, уменьшает время выключения тиристора.
В схеме с параллельным транзистором при его отпирании основная часть анодного тока тиристора ответвляется через транзистор, прямой ток тиристора уменьшается ниже IВЫКЛ.MIN и тиристор запирается.
Для повышения надежности запирания последовательно с тиристором можно включить диод D, который увеличивает остаточное напряжение и сопротивление шунтируемой транзистором цепи и тем самым уменьшает протекающий в ней при открытом транзисторе ток.
Поскольку в тиристорных ключах с транзисторными схемами выключения рассасывание накопленного в структуре заряда происходит только за счет процессов рекомбинации, то время выключения тиристоров затягивается, а амплитуды коммутируемых токов и напряжений, определяемые характеристиками транзисторов, ограничивают область применения тиристорных ключей. Такие схемы выключения применяются только для маломощных тиристоров.
Б
С может быть подключен с помощью вспомогательного тиристора S2 параллельно основному тиристору S1 (рис. 4.7.4 –а-в), параллельно нагрузке (рис. 4.7.5 -г и д) или к соединенным последовательно тиристору S1 и нагрузке (рис. 4.7.4-е). Соответственно различают параллельную (рис. 4.7.4, а-д) и последовательную (рис. 4.7.4 -е) коммутации.П
С и дросселя L рассчитывают исходя из условия, при котором на основном тиристоре за время перезаряда конденсатора до нуля сохраняется обратное напряжение течение отрезка времени длительностью не меньше tВЫКЛ. Заряд конденсаторов Собеспечивается специальной зарядной цепью, которая на рис. 4.7.4-б-е не показана.
ТИРИСТОРНЫЙ КЛЮЧ ПЕРЕМЕН- НОГО ТОКА, содержащий два встречно-, параллельно включенных тиристора, формирующих последовательную цепь с входным и выходным выводами, о т л и ч ающий с я тем, что, с целью расширения диапазона частот коммутируемого тока и упрощения, в него введены два трансформатора тока, два резистора, два стабилитрона и тумблер, причем первичная обмотка первого трансформатора вкЛ рЧена между выходным выводом и встречно-параллельно включенными тиристорами , первичная обмотка второго трансформатора включена в анодную цепь первого тиристора, вторичные обмотки трансформаторов подключены каждая через резистор к управляюще му переходу соответствующего тиристора , шунтированного стабилитроном, при этом обмотка первого трансформатора подключена к управляющему переходу первого тиристора через тумблер.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3469838/24-07 (22) 19.07 ° 82 (46) 07.11.83. Бюл. Р 41 (72) A.Ñ. Соколов (71) Северо-Западный заочный политехнический институт (53) 621.316 ° 722 (56) 1. Авторское свидетельство СССР, 9 389626, кл. Н 03 К 17/56, 1971
2. Авторское свидетельство СССР
Р 445151, кл. Н 03 К 17/56, 1973 (54)(57) ТИРИСТОРНЫЙ КЛЮЧ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащий два встречнопараллельно включенных тиристора, Формирующих последовательную цепь с входным и выходным выводами, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона частот
М59 Н 03 К 17, б коммутируемого тока и упрощения, в него введены два трансформатора тока, два резистора, два стабилитрона и тумблер, причем первичная обмотка первого трансформатора включена между выходным выводом и встречно-параллельно включеннымц тиристорами,первичная обмотка второго трансформатора включена в анодную цепь первого тиристора, вторичные обмотки трансформаторов подключены каждая через резистор к управляюще-. му переходу соответствующего тиристора, шунтированного стабилитроном, при этом обмотка первого трансформатора подключена к управляющему переходу первого тиристора через тумблер.
Изобретение относится к переключающим устройствам и предназначено для коммутации в цепях переменного тока с любым характером нагрузки, в широком диапазоне частот .и мощностей, например в установках индукционного нагрева с машинными и статическими преобразователями частоты.
Известны тиристорные ключи переменного тока промышленной, часто- о ты f13.
Большинство подобных устройств предназначено для работы с нагрузкой определенного характера, кроме того все они непригодны для работы на 15 повышенных частотах.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является тиристорный ключ переменного тока, содержащий два встречно-параллельно включенных силовых тиристора, фор2 мирующих последовательную цепь с входным и выходным выводами 2 ).
В схеме этого ключа тиристоры управляются импульсами, мощность которых зависит от угла. сдвига Y фазы тока нагрузки и напряжения источника питания.
Особенно сильно этот недостаток проявляется на повышенных частотах (свыше 1000 Гц ), так как резко падает коэффициент использования тиристоров по току вследствие больших ., коммутационных потерь. Кроме того, схема устройства сложна и должна содержать вспомогательный тиристор того же класси, что и силовые тиристоры.
Целью изобретения является расширение области рабочих частот коммутируемого тока в нагрузке любого характера и упрощение схемы ключа.. 40
Поставленная цель достигается тем, что в тиристорный ключ, содержащий два встречно-параллельно включенных тиристора, формирующих последовательную цепль с входным и Выходным Вывода-45 ми, введены два трансформатора тока,, два резистора, два стабилитрона и тумблер, причем первичная обмотка первого трансформатора включена между выходным выводом и встренно-параллелвно включенными тиристорами, первичная обмотка второго трансформатора включена в анодную цепь первого тиристора, вторйчные обмотки трансформаторов подключены каждая через резистор к ynpasляющему переходу соответствующего ти- ристора, шунтированного стабилитроном, при этом обмотка первого трансформатора подключена к управляющему переходу первого тиристора через тумблер.
На фиг.1 представлена принципиаль- 66 ная схема ключа переменного тока; на, фиг. 2 – эпюры аноднрго тока и тока управления.
Ключ содержит два встречно-парал” лельно включенных тиристора 1 и 2, последовательно с которыми включена нагрузка 3 и первичная обмотка трансформатора 4 тока с насыщением, первичная обмотка второго трансформатора, 5 тока с насыщением включена в анодную цепь тиристора 1, вторичные обмотки трансформаторов подключены через резисторы б и 7 к управляющим переходам тиристоров, шунтированным стабилитронами 8 и 9. Тумблер 10 включен во вторичную обмотку трансформатора 4.
Принцип действия ключа поясняется эпюрами анодного тока и тока управления тиристоров 1 и 2 (.фиг. 2)., Относительно оси с показан ток наг-. рузки 3, как сумма анодных токов, относительно осей 5 и 6 — – ток вторичных обмоток трансформаторов 4 и 5 (При работе на промышленной частоте каждый период .тиристор ключа включается и полпериода пропускает ток в нагрузку,а в другой полупериод,когда ток проводит второй тиристор, он восстанавливает свои управляющие свойства.
Форма тока тиристора на повышенных частотах характеризуется тем; что содержит наравне с положительными:и отрицательныe площадки, величина которых зависит от амплитуды и частоты тока. Такому симметричному характеру работы соответствует,ток тиристора 1 B .интервале
1 „- t „а для тиристора 2 — Ф » Вэ (фиг. 2,ось а).
Основным параметром, определяющим воэможность использования того нли иного типа тиристоров в ключе повышенной частоты, является время выключЕниЯ тиРистоРа 1Э. ОДнако в этом ключе мо)кно выделить два режима выключения тиристорав.
В первом режиме выключение одного тиристора происходит при включенном другом (ключ открыт J. Например, тиридтор 2 выключается s промежутке когда приводит т4ж тири
53289 4М6 1 5 Ф Ф:
Заказ 8900/56 Тираж 936 Подписное
Филиал ППП “Патент”, г.ужгород,ул.Проектная,4
В первом режиме, характеризуемом процессом рекомбинации, время выклю-. чения в 2-4 раза больше, чем во втором, характеризуемом процессами рассасывания носителей в базах тирис-. тора. При симметричном характере работы тиристоров ключа, т. е. когда каждый прибор пропускает ток полпе- риода, имеют место оба режима выключения. Поэтому верхняя граница рабочих частот определяется временем выключения в первом режиме;
В предлагаемом ключе тиристоры работают в несимметричном режиме, что обеспечивает второй режим выключения; а следовательно и более выоокие предельные частоты коммутирующего тока нагрузки.
Пусть при открытом ключе проводит ток тиристор 1. Момент перехода тока нагрузкй 3 из тиристора 1 в тиристаф
2(tz,ось а)определен окончанием рассасывания.заряда в широкой. базе тиристора 1. Включение тиристора 2 -в этот момент осуществляется эа счет импульса управления, сформированного во вторичной обмотке трансформатора .
5 с выходом его сердечника иэ насыщения при спаде тока тиристора 1.
Угол обратного тока тиристора 2 зависит от величины тока в момент его . включения. Величина этого угла определяет необходимую ширину импульса; управления для тиристора 1, который формируется в трансформаторе 4 каж” дый полупериод при переходе тока нагрузки через нулевую линию (моменты 4z,4 Изобретение относится к области передачи информации и может быть использовано для передачи информационных сигналов по линии связи с гальванической развязкой
Состояние проводимости, dit/dt
Когда триак (тиристор) находится в состоянии проводимости под действием сигнала затвора, проводимость начинается в участке кристалла, смежном с затвором, и затем быстро распространяется на активную область. Эта задержка накладывает ограничение на значение допустимой скорости нарастания тока нагрузки.
При работе в квадранте 3 еще больше снижается разрешенное значение dIT/dt из-за структуры перехода. Это может привести к мгновенному лавинному процессу в затворе и перегоранию во время быстрого нарастания тока. Разрушение триака может произойти не сразу, а при постепенном выгорании перехода Затвор-T1, что приведет к короткому замыканию после нескольких включений.
Значение dIT/dt связано со скоростью нарастания тока затвора (dIG/dt) и максимальным значением IG. Высокие значения dIG/dt и пикового IG (без превышения номинальной мощности затвора) дают более высокое значение dIT/dt.
Самый простой пример нагрузки, создающей высокий начальный бросок тока, — лампа накаливания, которая имеет низкое сопротивление в холодном состоянии. Для резистивных нагрузок этого типа значение dIT/dt достигнет максимального значения при начале перехода в состояние проводимости в пике напряжения сети.
Дроссель не должен насыщаться в течение максимума пика тока. Для ограничения значения dIT/dt необходимо использовать катушку индуктивности без сердечника.
Есть более правильное решение, с помощью которого можно избежать необходимости включения последовательно с нагрузкой токоограничивающих приборов. Оно состоит в том, чтобы использовать режим включения при нулевой разности потенциалов. Это дало бы плавный рост тока с начала полуволны.
Примечание: Важно помнить, что режим включения при нулевой разности потенциалов применим только к резистивным нагрузкам. Использование того же метода для реактивных нагрузок, где есть сдвиг фазы между напряжением и током, может вызвать однополярную проводимость, ведущую к возможному режиму насыщения индуктивных нагрузок, разрушительно высокому току и перегреву. В этом случае требуется более совершенный способ переключения при нулевом токе или схема управления фазой включения.
