مخطط توصيل الثايرستور في دائرة تيار متناوب. كيف تعمل قوة الثايرستور القوية

بالتأكيد يمكن أن يكون أي ثايرستور في حالتين مستقرتين - مغلقأو افتح

في الحالة المغلقة ، يكون في حالة الموصلية المنخفضة ولا يتدفق التيار تقريبًا ، في الحالة المفتوحة ، على العكس من ذلك ، سيكون أشباه الموصلات في حالة موصلية عالية ، ويمر التيار خلالها بدون مقاومة تقريبًا

يمكننا القول أن الثايرستور هو مفتاح يتم التحكم فيه بالطاقة الكهربائية. لكن في الواقع ، يمكن لإشارة التحكم أن تفتح فقط أشباه الموصلات. لقفله مرة أخرى ، يلزم استيفاء الشروط التي تهدف إلى تقليل التيار الأمامي إلى الصفر تقريبًا.

من الناحية الهيكلية ، الثايرستور عبارة عن سلسلة من أربع طبقات صو ناكتب تشكيل الهيكل ص-ن-ف-نومتصلة في سلسلة.

تسمى إحدى المناطق المتطرفة التي يتصل بها قطب الطاقة الموجب الأنود، ص - نوع
الآخر ، الذي يتصل به قطب الجهد السالب ، يسمى الكاثود، - نوع n
قطب التحكممتصلة بالطبقات الداخلية.

لفهم عمل الثايرستور ، ضع في اعتبارك عدة حالات ، الأولى: لا يتم تطبيق الجهد الكهربائي على قطب التحكم، يتم توصيل الثايرستور وفقًا لدائرة الدينيستور - يتم تزويد القطب الموجب بجهد موجب ، والجهد السالب للقطب السالب ، انظر الشكل.

في هذه الحالة ، يكون المجمع p-n-junction في الثايرستور في حالة مغلقة ، والباعث مفتوح. تتميز الوصلات المفتوحة بمقاومة منخفضة جدًا ، لذلك يتم تطبيق كل الجهد تقريبًا من مصدر الطاقة على تقاطع المجمع ، نظرًا للمقاومة العالية التي يتدفق فيها التيار عبر جهاز أشباه الموصلات منخفضًا جدًا.

على الرسم البياني CVC ، هذه الحالة ذات صلة بالمنطقة المميزة برقم 1 .

مع زيادة مستوى الجهد ، حتى نقطة معينة ، لا يزيد تيار الثايرستور تقريبًا. لكن الوصول إلى مستوى حرج مشروط - تشغيل الجهد يو على، تظهر العوامل في الدينيستور حيث تبدأ الزيادة الحادة في ناقلات الشحن المجاني في تقاطع المجمع ، والذي يرتدي على الفور تقريبًا طبيعة الانهيار الجليدي. نتيجة لذلك ، يحدث انهيار كهربائي قابل للانعكاس (النقطة 2 في الشكل الموضح). في ص- منطقة تقاطع المجمع ، تظهر منطقة زائدة من الشحنات الموجبة المتراكمة ، في ن-المنطقة ، على العكس من ذلك ، هناك تراكم للإلكترونات. تؤدي الزيادة في تركيز ناقلات الشحن المجاني إلى انخفاض في الحاجز المحتمل عند التقاطعات الثلاثة ، ويبدأ حقن حاملات الشحنة من خلال تقاطعات الباعث. تزداد شخصية الانهيار الجليدي أكثر ، وتؤدي إلى تبديل تقاطع المجمع في الحالة المفتوحة. في الوقت نفسه ، يزداد التيار في جميع مناطق أشباه الموصلات ، مما يؤدي إلى انخفاض الجهد بين الكاثود والأنود ، كما هو موضح في الرسم البياني أعلاه كقطعة مميزة بالرقم الثالث. في هذه المرحلة من الزمن ، يمتلك الدينيستور مقاومة تفاضلية سالبة. عن المقاومة ص نيرتفع الجهد ومفاتيح أشباه الموصلات.

بعد فتح تقاطع المجمع ، تصبح الخاصية I-V للديويستور هي نفسها الموجودة في الفرع المستقيم - القطعة رقم 4. بعد تبديل جهاز أشباه الموصلات ، ينخفض ​​الجهد إلى مستوى واحد فولت. في المستقبل ، ستؤدي الزيادة في مستوى الجهد أو انخفاض المقاومة إلى زيادة تيار الخرج ، واحد إلى واحد ، وكذلك تشغيل الصمام الثنائي عند تشغيله مباشرة. إذا تم تقليل مستوى جهد الإمداد ، فستتم استعادة المقاومة العالية لتقاطع المجمع على الفور تقريبًا ، يغلق الدينيستور ، ينخفض ​​التيار بشكل حاد.

تشغيل الجهد يو على، يمكن تعديله عن طريق إدخال أي من الطبقات الوسيطة ، بجانب تقاطع المجمع ، حاملات الشحنة الثانوية لذلك.

لهذا الغرض خاص قطب التحكم، مدعوم من مصدر إضافي ، والذي يليه التحكم في الجهد – يو التحكم. كما يتضح من الرسم البياني ، مع زيادة التحكم في U ، ينخفض ​​جهد التشغيل.

الخصائص الرئيسية للثايرستور

يو علىتشغيل الجهد - في ذلك ، يتحول الثايرستور إلى الحالة المفتوحة
Uo6p.max- الجهد العكسي النبضي المتكرر الذي يتم خلاله كهربائي انهيار ص نانتقال. بالنسبة للعديد من الثايرستور ، سيكون التعبير صحيحًا U o6p.max. = يو على
إيماكس- الحد الأقصى المسموح به للقيمة الحالية
أنا الأربعاء- متوسط ​​القيمة الحالية للفترة يو ن ب- انخفاض الجهد المباشر مع الثايرستور المفتوح
Io6p.max- عكس التيار الأقصى الذي يبدأ في التدفق عند تطبيقه Uo6p.max، بسبب حركة ناقلات الشحن الصغيرة
أنا أحملالتيار المستمر - قيمة تيار الأنود الذي يتم قفل الثايرستور عنده
بماكس- أقصى قدر من تبديد الطاقة
ر قبالة- الوقت اللازم لإيقاف تشغيل الثايرستور

الثايرستور قابل للقفل- له أربع طبقات كلاسيكية ص-ن-ف-نهيكل ، ولكن في نفس الوقت لديها عدد من ميزات التصميم التي توفر وظائف مثل التحكم الكامل. بسبب هذا الإجراء من قطب التحكم ، لا يمكن للثايرستور القابل للقفل الانتقال إلى الحالة المفتوحة من الإغلاق فحسب ، بل أيضًا من الفتح إلى الإغلاق. للقيام بذلك ، يتم تطبيق جهد على قطب التحكم ، عكس ذلك الذي يفتحه الثايرستور سابقًا. لقفل الثايرستور على قطب التحكم ، يتبعه نبضة تيار سالب قوية ولكنها قصيرة المدة. عند استخدام الثايرستور القابل للقفل ، يجب أن نتذكر أن قيمها الحدية أقل بنسبة 30٪ من القيم التقليدية. في هندسة الدوائر ، يتم استخدام الثايرستور القابل للقفل بشكل نشط كمفاتيح إلكترونية في تقنية المحول والنبض.

على عكس أقاربهم المكونة من أربع طبقات - الثايرستور ، لديهم هيكل من خمس طبقات.

نظرًا لهيكل أشباه الموصلات هذا ، فإنهم قادرون على تمرير التيار في كلا الاتجاهين - من الكاثود إلى القطب الموجب ، ومن القطب الموجب إلى القطب السالب ، ويتم تطبيق الجهد لكلا القطبين على قطب التحكم. بسبب هذه الخاصية ، فإن خاصية الجهد الحالي للتيرستورات لها شكل متماثل في كلا محوري الإحداثيات. يمكنك التعرف على تشغيل التيرستورات من فيديو تعليمي على الرابط أدناه.

مبدأ تشغيل التيرستورات

إذا كان الثايرستور القياسي يحتوي على أنود وكاثود ، فلا يمكن وصف أقطاب التيرستورات بهذه الطريقة ، لأن كل قطب زاوية هو قطب موجب وكاثود في نفس الوقت. لذلك ، فإن التيرستورات قادر على تمرير التيار في كلا الاتجاهين. لهذا السبب تعمل بشكل رائع في السلاسل التيار المتناوب.

دائرة بسيطة للغاية تشرح مبدأ التيرستورات هي منظم طاقة التيرستورات.

بعد تطبيق الجهد على أحد مخرجات التيرستورات ، يتم توفير جهد متناوب. يتم توفير جهد تحكم سلبي للقطب الذي يتحكم في جسر الصمام الثنائي. عندما يتم تجاوز عتبة التشغيل ، يتم إلغاء قفل التيرستورات ويتدفق التيار إلى الحمل المتصل. في الوقت الذي يتغير فيه قطبية الجهد عند إدخال التيرستورات ، يتم قفله. ثم يتم تكرار الخوارزمية.

كلما زاد مستوى جهد التحكم ، زادت سرعة حرائق التيرستورات وزادت مدة النبض عند الحمل. مع انخفاض مستوى جهد التحكم ، تنخفض أيضًا مدة النبضات على الحمل. عند إخراج منظم التيرستورات ، سيكون الجهد مسننًا مع مدة نبض قابلة للتعديل. وبالتالي ، من خلال ضبط جهد التحكم ، يمكننا تغيير سطوع المصباح المتوهج أو درجة حرارة طرف حديد اللحام المتصل كحمل.

لذلك يتم التحكم في التيرستورات بواسطة كل من الجهد الموجب والسالب. دعونا نسلط الضوء على إيجابيات وسلبيات.

الإيجابيات: التكلفة المنخفضة ، عمر الخدمة الطويل ، عدم وجود جهات اتصال ، ونتيجة لذلك ، لا يوجد شرارة أو ثرثرة.
السلبيات: حساسة جدًا للسخونة الزائدة وعادة ما يتم تركيبها على المبرد. لا يعمل على الترددات العالية ، حيث لا يوجد لديه الوقت للتبديل من الفتح إلى المغلق. يستجيب للتدخل الخارجي الذي يسبب إنذارات كاذبة.

وتجدر الإشارة أيضًا إلى ميزات تركيب التيرستورات في التكنولوجيا الإلكترونية الحديثة.

عند الأحمال المنخفضة أو إذا كانت هناك دوائر قصيرة تتدفق فيه التيارات الدافعةيمكن إجراء تركيب التيرستورات بدون المشتت الحراري. في جميع الحالات الأخرى ، فإن وجودها مطلوب بشكل صارم.
يمكن تثبيت الثايرستور في المشتت الحراري بمشبك أو برغي
لتقليل احتمالية حدوث إنذارات خاطئة بسبب الضوضاء ، يجب تقليل طول الأسلاك إلى الحد الأدنى. يوصى باستخدام كبل محمي أو زوج مجدول للتوصيل.

أو البصريات المتخصصة أشباه الموصلات ، ميزة التصميموهو وجود خلية ضوئية ، وهي قطب التحكم.

نوع حديث وواعد من التيرستورات هو مُحدد البصر. بدلاً من إلكترود التحكم ، يوجد مصباح LED في الغلاف ويتم التحكم عن طريق تغيير جهد الإمداد على LED. على الضرب تدفق مضيئةتعمل الخلية الكهروضوئية الخلفية على تحويل الثايرستور إلى الوضع المفتوح. عظم الوظيفة الأساسيةفي مقياس البصريات هو وجود عزل كلفاني كامل بين دائرة التحكم ودائرة الطاقة. هذا يخلق ببساطة مستوى ممتاز وموثوقية التصميم.

مفاتيح التشغيل. واحدة من النقاط الرئيسية التي تؤثر على الطلب على مثل هذه الدوائر هي الطاقة المنخفضة التي يمكن أن يتبددها الثايرستور في تبديل الدوائر. في حالة القفل ، لا يتم استهلاك الطاقة عمليًا ، لأن التيار قريب من القيم الصفرية. وفي الحالة المفتوحة ، يكون تبديد الطاقة منخفضًا بسبب قيم الجهد المنخفض.

أجهزة العتبة- ينفذون الخاصية الرئيسية للثايرستور - تفتح عندما يصل الجهد إلى المستوى المطلوب. يستخدم هذا في أجهزة التحكم في طاقة الطور ومذبذبات الاسترخاء.

للانقطاع والتوقفتستخدم الثايرستور. صحيح ، في هذه الحالة ، تحتاج المخططات إلى بعض الصقل.

الأجهزة التجريبية- يستخدمون خاصية الثايرستور للحصول على مقاومة سلبية ، كونهم في وضع عابر

مبدأ التشغيل وخصائص الدينيستور ، الدوائر على الدينيستورات

الدينيستور هو نوع من الصمام الثنائي أشباه الموصلات ينتمي إلى فئة الثايرستور. يتكون الدينيستور من أربع مناطق ذات موصلية مختلفة وله ثلاثة تقاطعات pn. في مجال الإلكترونيات ، وجد استخدامًا محدودًا إلى حد ما ، حيث يمكن العثور على المشي في التصميمات مصابيح موفرة للطاقةتحت القاعدة E14 و E27 ، حيث يتم استخدامه في دوائر البداية. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يأتي عبر كوابح المصابيح الفلورية.

بدأ إنشاء أجهزة أشباه الموصلات لإلكترونيات الطاقة في عام 1953 ، عندما أصبح من الممكن الحصول على السيليكون عالي النقاء وتشكيل أقراص السيليكون. مقاسات كبيرة. في عام 1955 ، تم إنشاء جهاز يتم التحكم فيه بأشباه الموصلات لأول مرة ، وله هيكل من أربع طبقات وكان يسمى "الثايرستور".

تم تشغيله عن طريق تطبيق نبضة على قطب التحكم عند جهد موجب بين الأنود والكاثود. يتم توفير إيقاف تشغيل الثايرستور عن طريق تقليل التيار المباشر المتدفق من خلاله إلى الصفر ، والذي تم من أجله تطوير العديد من مخططات دوائر التحويل الحثي بالسعة. فهي لا تزيد من تكلفة المحول فحسب ، بل تزيد من وزنه وأبعاده ، وتقلل من الموثوقية.

لذلك ، بالتزامن مع إنشاء الثايرستور ، بدأ البحث يهدف إلى ضمان إيقاف تشغيله بواسطة قطب التحكم. كانت المشكلة الرئيسية هي ضمان التبديد السريع لحاملات الشحن في مناطق القاعدة.

ظهر أول ثايرستور في عام 1960 في الولايات المتحدة. كانت تسمى بوابة إيقاف (GTO). في بلدنا ، من المعروف أنها قابلة للقفل أو إيقاف تشغيل الثايرستور.

في منتصف التسعينيات ، تم تطوير ثايرستور قابل للقفل بإخراج حلقي لقطب التحكم. سميت بوابة ثايرستور (GCT) وأصبحت مزيد من التطويرتقنيات GTO.

الثايرستور

جهاز

الثايرستور القابل للقفل عبارة عن جهاز شبه موصل يتم التحكم فيه بالكامل يعتمد على هيكل كلاسيكي من أربع طبقات. يتم تشغيله وإيقافه عن طريق تطبيق نبضات تيار موجب وسالب على قطب التحكم. على التين. 1 تعطى رمز(أ) ومخطط الكتلة (ب) لإيقاف تشغيل الثايرستور. مثل الثايرستور التقليدي ، يحتوي على الكاثود K ، والأنود A ، وقطب التحكم G. تكمن الاختلافات في هياكل الأجهزة في ترتيب مختلف من الطبقات الأفقية والعمودية مع الموصلات n و p.

خضع هيكل طبقة الكاثود n لأكبر تغيير. وهي مقسمة إلى عدة مئات من الخلايا الأولية ، موزعة بالتساوي على المنطقة ومتصلة بالتوازي. هذا التصميم ناتج عن الرغبة في ضمان انخفاض منتظم في التيار على كامل مساحة هيكل أشباه الموصلات عند إيقاف تشغيل الجهاز.

الطبقة الأساسية p ، على الرغم من أنها مصنوعة كوحدة واحدة ، لديها عدد كبير من جهات الاتصال لقطب التحكم (يساوي تقريبًا عدد خلايا الكاثود) ، موزعة أيضًا بشكل موحد على المنطقة ومتصلة بالتوازي. تتكون الطبقة الأساسية n بشكل مشابه للطبقة المقابلة من الثايرستور التقليدي.

تحتوي طبقة الأنود p على تحويلات (مناطق ن) تربط القاعدة n بوصلة الأنود من خلال مقاومات موزعة صغيرة. تُستخدم تحويلات الأنود في الثايرستور التي لا تتمتع بقدرة منع عكسية. وهي مصممة لتقليل وقت إيقاف تشغيل الجهاز عن طريق تحسين ظروف استخراج الشحنات من المنطقة الأساسية n.

التصميم الرئيسي لـ GTO الثايرستور هو نوع من الحبيبات مع رقاقة من السيليكون بأربع طبقات محصورة من خلال أقراص الموليبدينوم المعادلة حرارياً بين قاعدتين نحاسيتين مع زيادة التوصيل الحراري والكهربائي. يتصل قطب التحكم الذي له خرج في علبة خزفية برقاقة السيليكون. يتم تثبيت الجهاز بواسطة أسطح ملامسة بين نصفي مبردات معزولة عن بعضهما البعض ولها تصميم يحدده نوع نظام التبريد.

مبدأ التشغيل

هناك أربع مراحل في دورة تشغيل GTO الثايرستور: تشغيل ، حالة التوصيل ، إيقاف التشغيل وحالة الحجب.

في مقطع تخطيطي من هيكل الثايرستور (الشكل 1 ، ب) ، يكون الطرف السفلي للهيكل أنوديك. الأنود ملامس للطبقة P. ثم من الأسفل إلى الأعلى: الطبقة الأساسية n ، الطبقة الأساسية p (التي بها سلك تحكم كهربائي) ، الطبقة n في اتصال مباشر مع سلك الكاثود. أربع طبقات تشكل ثلاث تقاطعات p-n: j1 بين الطبقتين p و n ؛ j2 بين الطبقتين n و p ؛ j3 بين الطبقات p و n.

المرحلة 1- تضمين. لا يمكن تحويل هيكل الثايرستور من حالة الحظر إلى حالة التوصيل (التبديل) إلا عند تطبيق جهد مباشر بين الأنود والكاثود. يتم إزاحة التحولات j1 و j3 في الاتجاه الأمامي ولا تمنع مرور ناقلات الشحن. يتم تطبيق الجهد بالكامل على التقاطع الأوسط j2 ، وهو منحاز عكسيًا. بالقرب من الانتقال j2 ، يتم تشكيل منطقة مستنفدة في حاملات الشحنة ، والتي تسمى منطقة الشحن الفضائي. لتشغيل الثايرستور GTO ، يتم تطبيق جهد قطبية موجبة U G على قطب التحكم والكاثود من خلال دائرة التحكم (الإخراج "+" إلى الطبقة p). نتيجة لذلك ، يتدفق تيار التشغيل I G عبر الدائرة.

يضع الثايرستور المغلق متطلبات صارمة على وقت الصعود dIG / dt وسعة التحكم IGM الحالي. من خلال الانتقال j3 ، بالإضافة إلى تيار التسرب ، يبدأ تيار التشغيل I G في التدفق. سيتم حقن الإلكترونات التي تولد هذا التيار من الطبقة n إلى الطبقة p. علاوة على ذلك ، سيتم نقل بعضها بواسطة المجال الكهربائي لانتقال القاعدة j2 إلى الطبقة n.

في نفس الوقت ، سيزداد الحقن المضاد للثقوب من الطبقة p إلى الطبقة n ثم إلى الطبقة p ، أي ستكون هناك زيادة في التيار الذي تم إنشاؤه بواسطة ناقلات شحن الأقلية.

يتجاوز إجمالي التيار الذي يمر عبر انتقال القاعدة j2 تيار التشغيل ، يفتح الثايرستور ، وبعد ذلك ستمر حاملات الشحن بحرية عبر جميع مناطقها الأربع.

المرحلة الثانية- الحالة الموصلة. في وضع التدفق الحالي المباشر ، ليست هناك حاجة للتحكم في التيار I G إذا تجاوز التيار في دائرة الأنود تيار التثبيت. ومع ذلك ، من الناحية العملية ، من أجل إيقاف تشغيل جميع هياكل الثايرستور لتكون باستمرار في حالة موصلة ، لا يزال من الضروري الحفاظ على التيار المقدم لمعيار معين. نظام درجة الحرارة. وبالتالي ، طوال وقت التبديل وحالة التوصيل ، يولد نظام التحكم نبضة حالية ذات قطبية موجبة.

في حالة التوصيل ، توفر جميع مناطق هيكل أشباه الموصلات حركة منتظمة لحاملات الشحن (الإلكترونات من القطب السالب إلى القطب الموجب ، والثقوب في الاتجاه المعاكس). يتدفق تيار الأنود عبر التقاطعات j1 و j2 ، ويتدفق التيار الكلي للأنود وقطب التحكم عبر الوصلة j3.

المرحلة 3- اغلق. لإيقاف تشغيل الثايرستور GTO بقطبية جهد ثابت U T (انظر الشكل 3) ، يتم تطبيق جهد قطبية سالبة UGR على قطب التحكم والكاثود من خلال دائرة التحكم. يتسبب في تيار فصل ، يؤدي تدفقه إلى ارتشاف حاملات الشحنة الرئيسية (الثقوب) في الطبقة الأساسية p. بمعنى آخر ، هناك إعادة تركيب للثقوب التي دخلت الطبقة p من الطبقة الأساسية n والإلكترونات التي دخلت نفس الطبقة عبر قطب التحكم.

عندما يتم تحرير تقاطع القاعدة j2 منها ، يبدأ الثايرستور في الانغلاق. تتميز هذه العملية بانخفاض حاد في التيار الأمامي I T للثايرستور خلال فترة زمنية قصيرة إلى قيمة صغيرة I TQT (انظر الشكل 2). مباشرة بعد حظر الانتقال الأساسي j2 ، يبدأ الانتقال j3 في الإغلاق ، ومع ذلك ، نظرًا للطاقة المخزنة في محاثة دوائر التحكم ، فإنها تظل في حالة مواربة لبعض الوقت.

أرز. 2. رسوم بيانية للتغير في تيار الأنود (iT) وإلكترود التحكم (iG)

بعد استخدام كل الطاقة المخزنة في محاثة دائرة التحكم ، يتم حظر التقاطع j3 على جانب الكاثود تمامًا. من هذه النقطة فصاعدًا ، يكون التيار عبر الثايرستور مساويًا لتيار التسرب الذي يتدفق من القطب الموجب إلى الكاثود عبر دائرة إلكترود التحكم.

تعتمد عملية إعادة التركيب ، وبالتالي ، إيقاف تشغيل الثايرستور المسور إلى حد كبير على شدة انحدار dIGQ / dt الأمامي والسعة I GQ لتيار التحكم العكسي. لضمان الانحدار والسعة المطلوبين لهذا التيار ، يجب تطبيق جهد UG على قطب التحكم ، والذي يجب ألا يتجاوز القيمة المسموح بها للانتقال j3.

المرحلة 4- حالة الحجب: في وضع الحجب ، يظل جهد قطبية سالب U GR من وحدة التحكم مطبقًا على قطب التحكم والكاثود. يتدفق التيار الإجمالي I GR عبر دائرة التحكم ، التي تتكون من تيار تسرب الثايرستور وتيار التحكم العكسي الذي يمر عبر تقاطع j3. يتم إزاحة الانتقال j3 في الاتجاه المعاكس. وبالتالي ، في GTO الثايرستور ، الذي هو في حالة الحظر المباشر ، يكون هناك تقاطعان (j2 و j3) متحيزان عكسيًا ويتم تكوين منطقتين للشحن الفضائي.

طوال وقت الإغلاق وحالة المنع ، يولد نظام التحكم نبضة قطبية سالبة.

دوائر الحماية

يتطلب استخدام GTO الثايرستور استخدام دوائر واقية خاصة. إنها تزيد من الوزن والأبعاد ، وتكلفة المحول ، وتتطلب أحيانًا أجهزة تبريد إضافية ، ولكنها ضرورية الأداء الطبيعيالأجهزة.

الغرض من أي دائرة حماية هو الحد من معدل التدفق لأحد المعلمتين طاقة كهربائيةعند تبديل جهاز أشباه الموصلات. في هذه الحالة ، يتم توصيل مكثفات الدائرة الواقية CB (الشكل 3) بالتوازي مع الجهاز المحمي T. فهي تحد من معدل ارتفاع الجهد الأمامي dUT / dt عند إيقاف تشغيل الثايرستور.

يتم تثبيت المحاثات LE في سلسلة مع الجهاز T. فهي تحد من معدل ارتفاع التيار الأمامي dIT / dt عند تشغيل الثايرستور. يتم تطبيع قيم dUT / dt و dIT / dt لكل جهاز ، ويتم الإشارة إليها في الكتب المرجعية وبيانات جواز السفر للأجهزة.

أرز. 3. مخطط دائرة الحماية

بالإضافة إلى المكثفات والموانع ، يتم استخدام عناصر إضافية في الدوائر الواقية لضمان تفريغ وشحن العناصر التفاعلية. وتشمل هذه: الصمام الثنائي DВ ، الذي يحول المقاوم RB عند إيقاف تشغيل الثايرستور T وشحن المكثف CB ، والمقاوم RB ، الذي يحد من تيار التفريغ للمكثف CB عند تشغيل الثايرستور T.

نظام التحكم

يحتوي نظام التحكم (CS) على ما يلي كتل الوظائف: دائرة تمكين ، تتكون من دائرة لتوليد نبضة فتح ومصدر إشارة للحفاظ على الثايرستور في الحالة المفتوحة ؛ حجب دائرة توليد الإشارة ؛ دائرة لإبقاء الثايرستور مغلقًا.

لا تحتاج جميع أنواع أنظمة التحكم إلى جميع الكتل المدرجة ، ولكن يجب أن يحتوي كل نظام تحكم على الدوائر لتوليد نبضات الفتح والقفل. في هذه الحالة ، من الضروري توفير عزل كلفاني لدائرة التحكم ودائرة الطاقة للثايرستور المراد إيقاف تشغيلهما.

للتحكم في تشغيل الثايرستور المراد إيقاف تشغيله ، يتم استخدام نظامين رئيسيين للتحكم ، يختلفان في طرق توفير إشارة لقطب التحكم. في الحالة الموضحة في الشكل. في الشكل 4 ، تخضع الإشارات الناتجة عن الكتلة المنطقية St لعزل كلفاني (فصل الإمكانات) ، وبعد ذلك يتم تغذيتها من خلال المفاتيح SE و SA إلى قطب التحكم في الثايرستور T المراد إيقاف تشغيله. في الحالة الثانية ، تعمل الإشارات أولاً على المفاتيح SE (on) و SA (off) ، والتي تكون تحت نفس إمكانات SU ، ثم يتم تغذية قطب التحكم من خلال أجهزة العزل الجلفاني UE و UA.

اعتمادًا على موقع المفاتيح SE و SA ، يتم تمييز مخططات التحكم ذات الإمكانات المنخفضة (NPSU) وعالية الإمكانات (VPSU ، الشكل 4).

أرز. 4. خيار دائرة التحكم

يعد نظام التحكم NPCS أبسط من الناحية الهيكلية من VPSU ، ومع ذلك ، فإن قدراته محدودة من حيث توليد إشارات تحكم طويلة الأمد تعمل في وضع التدفق عبر الثايرستور الحالي المباشر ، وكذلك في ضمان انحدار نبضات التحكم. لتشكيل إشارات طويلة الأمد ، من الضروري استخدام دوائر دفع وسحب أكثر تكلفة.

في VPSU ، يتم تحقيق الانحدار العالي وزيادة مدة إشارة التحكم بسهولة أكبر. بالإضافة إلى ذلك ، يتم هنا استخدام إشارة التحكم بالكامل ، بينما في NPSU تكون قيمتها محدودة بجهاز فصل محتمل (على سبيل المثال ، محول نبضي).

عادة ما يتم تغذية إشارة المعلومات - أمر للتشغيل أو الإيقاف - إلى الدائرة من خلال محول إلكتروني ضوئي.

الثايرستور

في منتصف التسعينيات ، تطورت ABB و Mitsubishi النوع الجديدالثايرستور بوابة تبديل الثايرستور (GCT). في الواقع ، GCT هو تحسين إضافي لـ GTO ، أو تحديثه. ومع ذلك ، في الأساس تصميم جديدقطب التحكم ، بالإضافة إلى العمليات المختلفة بشكل ملحوظ التي تحدث عند إيقاف تشغيل الجهاز ، تجعله مناسبًا للنظر فيه.

تم تصميم GCT ليكون خاليًا من عيوب GTO ، لذلك نحتاج أولاً إلى معالجة المشكلات التي تنشأ عند استخدام GTO.

العيب الرئيسي لـ GTO هو فقدان الطاقة الكبير في الدوائر الواقية للجهاز أثناء التبديل. تؤدي زيادة التردد إلى زيادة الخسائر ، وبالتالي ، من الناحية العملية ، يتم تبديل الثايرستور GTO بتردد لا يزيد عن 250-300 هرتز. تحدث الخسائر الرئيسية في المقاوم RB (انظر الشكل 3) عند إيقاف تشغيل الثايرستور T ، وبالتالي ، يتم تفريغ المكثف CB.

تم تصميم Capacitor CB للحد من معدل ارتفاع الجهد الأمامي du / dt عند إيقاف تشغيل الجهاز. من خلال جعل الثايرستور غير حساس لتأثير du / dt ، كان من الممكن التخلي عن دائرة snubber (دائرة تشكيل مسار التبديل) ، والتي تم تنفيذها في تصميم GCT.

ميزة التحكم والتصميم

السمة الرئيسية لثايرستور GCT ، مقارنة بأجهزة GTO ، هي الإغلاق السريع ، والذي يتحقق من خلال تغيير مبدأ التحكم وتحسين تصميم الجهاز. يتم تنفيذ الإغلاق السريع عن طريق تحويل هيكل الثايرستور إلى ترانزستور عند إيقاف تشغيل الجهاز ، مما يجعل الجهاز غير حساس لتأثير du / dt.

يتم التحكم في GCT في مراحل التشغيل والتوصيل والحجب بنفس طريقة GTO. عند إيقاف التشغيل ، يكون للتحكم في GCT ميزتين:

• تيار التحكم Ig يساوي أو أكبر من تيار الأنود Ia (بالنسبة لـ GTO الثايرستور Ig هو 3 إلى 5 مرات أقل) ؛
• يحتوي قطب التحكم على محاثة منخفضة ، مما يجعل من الممكن تحقيق معدل حفر / dt للتحكم يبلغ 3000 A / s أو أكثر (بالنسبة إلى GTO الثايرستور ، تكون قيمة الحفر / dt 30-40 A / s).

أرز. التين. 5. توزيع التيارات في هيكل الثايرستور GCT عند إيقاف تشغيله

على التين. يوضح الشكل 5 توزيع التيارات في هيكل الثايرستور GCT عند إيقاف تشغيل الجهاز. كما هو مذكور ، فإن عملية التشغيل تشبه تشغيل GTO الثايرستور. عملية الاغلاق مختلفة. بعد تطبيق نبضة تحكم سالبة (-Ig) مساوية في السعة لتيار الأنود (Ia) ، ينحرف التيار المباشر بالكامل الذي يمر عبر الجهاز إلى نظام التحكم ويصل إلى الكاثود ، متجاوزًا الانتقال j3 (بين المناطق p و n ). يتم إزاحة مفترق j3 في الاتجاه المعاكس والكاثود الترانزستور npnيغلق. يشبه إيقاف تشغيل GCT أيضًا إيقاف تشغيل أي ترانزستور ثنائي القطب ، والذي لا يتطلب محدد معدل تدفق جهد أمامي خارجي dv / dt وبالتالي يسمح بغياب دائرة snubber.

يرجع التغيير في تصميم GCT إلى حقيقة أن العمليات الديناميكية التي تحدث في الجهاز عند إيقاف تشغيله تستمر بمعدل أو اثنين من حيث الحجم أسرع من GTO. لذلك ، في حين أن الحد الأدنى لوقت الإيقاف والحظر لـ GTO هو 100 s ، فإن هذه القيمة بالنسبة لـ GCT لا تتجاوز 10 s. معدل دوران تيار التحكم عند إيقاف تشغيل GCT هو 3000 A / s ، لا يتجاوز GTO 40 A / µs.

لضمان ديناميكيات عالية لعمليات التحويل ، قمنا بتغيير تصميم خرج قطب التحكم وتوصيل الجهاز بمشكل النبض لنظام التحكم. يكون الإخراج حلقيًا ، يحيط بالجهاز حول المحيط. تمر الحلقة عبر العلبة الخزفية للثايرستور وتلامسها: بالداخل مع خلايا قطب التحكم ؛ في الخارج - بلوحة تربط قطب التحكم بمشكل النبض.

الآن يتم إنتاج الثايرستور GTO من قبل العديد من الشركات الكبيرة في اليابان وأوروبا: "توشيبا" ، "هيتاشي" ، "ميتسوبيشي" ، "إيه بي بي" ، "يوبيك". معلمات جهد الجهاز UDRM: 2500 V ، 4500 V ، 6000 V ؛ ITGQM الحالي (أقصى تيار إيقاف متكرر): 1000 A ، 2000 A ، 2500 A ، 3000 A ، 4000 A ، 6000 A.

يتم تصنيع الثايرستور GCT بواسطة Mitsubishi و ABB. تم تصنيف الأجهزة لجهود UDRM حتى 4500 فولت وتيارات ITGQM حتى 4000 أمبير.

في الوقت الحاضر ، تم إتقان الثايرستور GCT و GTO في المؤسسة الروسية OAO Elektrovypryamitel (سارانسك).) وغيرها بقطر رقاقة السيليكون يصل إلى 125 ملم ونطاق الجهد UDRM 1200-6000 فولت والتيارات ITGQM 630-4000 أمبير.

بالتوازي مع الثايرستور القابل للقفل وللاستخدام معهما ، طور JSC "Elektrovypryamitel" وإتقانه في إنتاج كميات كبيرة من الثنائيات سريعة الاستعادة لدوائر التخميد (snubber) وثنائيات التيار العكسي ، بالإضافة إلى ترانزستور نبضي قوي لمراحل الإخراج من سائق التحكم (نظام التحكم).

الثايرستور IGCT

بفضل مفهوم التحكم الصارم (الضبط الدقيق لمقاطع السبائك ، وتقنية ميسا ، وتشعيع البروتون والإلكترون لإنشاء توزيع خاص لمراكز إعادة التركيب الخاضعة للرقابة ، وتكنولوجيا ما يسمى بالبواعث الشفافة أو الرقيقة ، واستخدام طبقة عازلة في n-base region ، وما إلى ذلك) ، كان من الممكن تحقيق تحسن كبير في خصائص GTO عند إيقاف التشغيل. كان التقدم الكبير التالي في تقنية Hard Driven GTO (HD GTO) فيما يتعلق بالجهاز والتحكم والتطبيق هو فكرة الأجهزة المدفوعة القائمة على الثايرستور المدمج بالبوابة الجديدة (IGCT). بفضل تقنية التحكم الصارم ، يعمل التبديل المنتظم على زيادة منطقة التشغيل الآمنة لـ IGCT إلى الحدود التي يحدها الانهيار الجليدي ، أي للقدرات الفيزيائية للسيليكون. لا توجد دوائر حماية du / dt مطلوبة. أدى الجمع بين الأداء المحسن لفقدان الطاقة إلى فتح تطبيقات جديدة في نطاق كيلوهرتز. يتم تقليل الطاقة المطلوبة للقيادة بمعامل 5 مقارنة بأجهزة GTO القياسية ، ويرجع ذلك أساسًا إلى تصميم الأنود الشفاف. عائلة جديدة من أدوات IGCT ، ذات مستوى عالٍ متكامل متآلف الثنائيات القويةتم تطويره للاستخدام في النطاق 0.5- 6 ميجا فولت * أ. مع الجدوى التقنية الحالية متسقة و اتصال موازيةتسمح لك أجهزة IGCT بزيادة مستوى الطاقة إلى عدة مئات من الميجافولت - أمبير.

مع وحدة تحكم متكاملة ، يتم تقليل تيار الكاثود قبل أن يبدأ جهد الأنود في الزيادة. يتم تحقيق ذلك بسبب الحث المنخفض للغاية لدائرة البوابة ، والذي يتحقق من خلال التوصيل المحوري لقطب البوابة بالاقتران مع لوحة وحدة التحكم متعددة الطبقات. نتيجة لذلك ، أصبح من الممكن تحقيق قيمة معدل التيار المغلق البالغ 4 كيلو أمبير / ميكرو ثانية. مع جهد التحكم UGK = 20 فولت عندما يصبح تيار الكاثود صفرًا ، يمر تيار الأنود المتبقي إلى وحدة التحكم ، والتي تتمتع في تلك اللحظة بمقاومة منخفضة. نتيجة لذلك ، يتم تقليل استهلاك الطاقة لوحدة التحكم.

بالعمل مع التحكم "الصعب" ، يتحول الثايرستور من الدول p-n-p-nفي وضع pnpلمدة 1 s. يحدث الإغلاق بالكامل في وضع الترانزستور ، مما يلغي أي احتمال لحدوث تأثير الزناد.

يتم تقليل سمك الجهاز باستخدام طبقة عازلة على جانب الأنود. تعمل الطبقة العازلة لأشباه موصلات الطاقة على تحسين أداء العناصر التقليدية عن طريق تقليل سمكها بنسبة 30٪ في نفس جهد الانهيار الأمامي. الميزة الرئيسية للعناصر الرقيقة هي تحسين الخصائص التكنولوجية مع خسائر ثابتة وديناميكية منخفضة. تتطلب هذه الطبقة العازلة في جهاز من أربع طبقات القضاء على قصور الأنود ، مع الحفاظ على كفاءة إطلاق الإلكترون أثناء إيقاف التشغيل. يجمع IGCT الجديد بين طبقة عازلة وباعث أنود شفاف. الأنود الشفاف هو تقاطع pn مع كفاءة باعث يتم التحكم فيها حاليًا.

للحصول على أقصى مناعة ضد الضوضاء والضغط ، تحيط وحدة التحكم IGCT ، وتشكل هيكلًا واحدًا مع المبرد ، وتحتوي فقط على ذلك الجزء من الدائرة الضروري للتحكم في IGCT مباشرة. نتيجة لذلك ، يتم تقليل عدد عناصر وحدة التحكم ، وتقليل معايير تبديد الحرارة ، والحمل الزائد الكهربائي والحراري. لذلك ، يتم أيضًا تقليل تكلفة وحدة التحكم ومعدل الفشل بشكل كبير. يستقر IGCT ، مع صندوق التحكم المدمج الخاص به ، في الوحدة بسهولة وبدقة يتصل بمصدر الطاقة والتحكم في مصدر الإشارة عبر الألياف الضوئية. بمجرد فتح الزنبرك ، بفضل نظام ملامس الضغط المتطور ، يتم تطبيق قوة الضغط الصحيحة على IGCT ، مما يؤدي إلى حدوث تلامس كهربائي وحراري. وبالتالي ، يتم تحقيق أقصى سهولة في التجميع وأكبر قدر من الموثوقية. عند تشغيل IGCT بدون جهاز تنفس ، يجب أن تعمل العجلة الحرة أيضًا بدون جهاز تنفس. يتم استيفاء هذه المتطلبات من خلال الصمام الثنائي المضغوط عالي الطاقة وعالي الأداء المصنوع باستخدام عملية تشعيع مقترنة بالعمليات الكلاسيكية. يتم تحديد القدرة على توفير ثنائي / dt من خلال تشغيل الصمام الثنائي (انظر الشكل 6).

أرز. 6. رسم تخطيطي مبسط لعاكس ثلاثي الطور على IGCT

الشركة المصنعة الرئيسية لل IGCTs هي ABB معلمات جهد الثايرستور U DRM: 4500 V، 6000 V؛ ITGQM الحالي: 3000 أ ، 4000 أ.

استنتاج

أدى التطور السريع في أوائل التسعينيات من تقنية ترانزستور الطاقة إلى ظهور فئة جديدة من الأجهزة - الترانزستورات ثنائية القطب المعزولة بالبوابة (IGBT - ترانزستورات معزولة ثنائية القطب للبوابة). تتمثل المزايا الرئيسية لـ IGBT في ترددات التشغيل العالية والكفاءة والبساطة والاكتناز في دوائر التحكم (بسبب تيار التحكم المنخفض).

أدى ظهور IGBTs في السنوات الأخيرة بجهد تشغيل يصل إلى 4500 فولت والقدرة على تبديل التيارات حتى 1800 أمبير إلى إزاحة الثايرستور (GTO) في الأجهزة التي تصل طاقتها إلى 1 ميغاواط والجهد الكهربائي حتى 3.5 كيلو فولت.

ومع ذلك ، فإن أجهزة IGCT الجديدة ، القادرة على العمل عند تبديل الترددات من 500 هرتز إلى 2 كيلوهرتز وتتمتع بأداء أعلى من IGBTs ، تجمع بين المزيج الأمثل لتقنية الثايرستور التي أثبتت كفاءتها مع الفقد المنخفض المتأصل ، وتقنية إيقاف التشغيل عالية الكفاءة غير القابلة للالتصاق عن طريق يعمل على التحكم الكهربائي. يعتبر IGCT اليوم الحل الأمثل للتطبيقات في إلكترونيات الطاقة ذات الجهد المتوسط ​​والعالي.

ترد في الجدول خصائص مفاتيح الطاقة القوية الحديثة ذات المشتت الحراري على الوجهين. واحد.

الجدول 1. خصائص مفاتيح الطاقة العالية الحديثة ذات المشتت الحراري على الوجهين

نوع الجهاز	مزايا	عيوب	مجالات الاستخدام
الثايرستور التقليدي (SCR)	أدنى خسارة على مستوى الدولة. أعلى سعة للحمل الزائد. موثوقية عالية. سهل التوصيل بالتوازي والتسلسل.	غير قادر على القفل القسري لقطب التحكم. تردد تشغيل منخفض.	وحدة القيادة التيار المباشر؛ مزودات طاقة قوية اللحام. ذوبان وتسخين معوضات ثابتة مفاتيح التيار المتردد
GTO	القدرة على التحكم في القفل. قدرة عالية نسبيا للحمل الزائد. إمكانية اتصال تسلسلي. ترددات تشغيل تصل إلى 250 هرتز بجهد حتى 4 كيلو فولت.	خسائر كبيرة على مستوى الدولة. خسائر كبيرة جدًا في نظام التحكم. أنظمة تحكم متطورة وإمدادات الطاقة للإمكانات. خسائر تحويل كبيرة.	محرك كهربائي؛ معوضات ثابتة [عامة] الأنظمة مصدر طاقة غير منقطع؛ التسخين التعريفي
IGCT	القدرة على التحكم في القفل. سعة التحميل الزائد هي نفسها GTO. خسائر تحويل منخفضة في الحالة. تردد التشغيل - ما يصل إلى وحدات ، كيلو هرتز. وحدة تحكم مدمجة (سائق). إمكانية التوصيل التسلسلي.	لم يتم تحديده بسبب نقص الخبرة التشغيلية	مصادر الطاقة القوية (المحولات الفرعية للعاكس والمعدلات لخطوط نقل التيار المستمر) ؛ محرك كهربائي (محولات الجهد لمحولات التردد والمحركات الكهربائية لأغراض مختلفة)
IGBT	القدرة على التحكم في القفل. أعلى تردد تشغيل (حتى 10 كيلو هرتز). نظام تحكم بسيط كثيف الطاقة. سائق مدمج.	خسائر عالية جدًا على مستوى الدولة.	محرك كهربائي (مروحيات) ؛ أنظمة الطاقة غير المنقطعة المعوضات الثابتة والمرشحات النشطة ؛ إمدادات الطاقة الرئيسية

♠ يستخدم نظام التحكم في الثايرستور في دوائر التيار المتناوب والتيار النبضي سلسلة لا حصر لها من نبضات التحكم المتزامنة مع الشبكة ويقوم بتغيير طور لجبهات نبضات التحكم بالنسبة إلى جهد الشبكة الذي يمر عبر الصفر.
يتم تغذية نبضة التحكم التي تم إنشاؤها بواسطة جهاز خاص إلى تقاطع إلكترود التحكم - كاثود الثايرستور ، الذي يربط الشبكة الكهربائيةفي الحمل.
دعونا نحلل تشغيل مثل هذا النظام باستخدام مثال وحدة التحكم في درجة الحرارة لطرف مكواة لحام كهربائية بقوة تصل إلى 100 واط و 220 فولت . يظهر الرسم التخطيطي لهذا الجهاز في الموافقة المسبقة عن علم 1.

♠ AC الكهربائية لحام الحديد تحكم في درجة الحرارة 220 فولت ، يتكون من جسر الصمام الثنائي KTS405A، الثايرستور KU202N، الصمام الثنائي زينر ، عقدة لتشكيل نبضات التحكم.
بمساعدة الجسر ، يتم تحويل الجهد المتناوب إلى جهد نابض (أوماكس = 310 فولت)قطبية إيجابية (النقطة T1).

تتكون وحدة التشكيل من:
- الصمام الثنائي زينر ، يشكل جهد شبه منحرف لكل نصف دورة (النقطة T2);
- سلسلة شحن-تفريغ مؤقتة R2 ، R3 ، ج;
- التناظرية من dinistor Tr1 ، Tr2.

مع المقاوم R4تتم إزالة الجهد النبضي لبدء الثايرستور (النقطة 4).

على الرسوم البيانية (صورة 2)يوضح عملية تكوين الإجهاد عند النقاط T1 - T5عندما يتغير مقاومة متغيرةR2من الصفر إلى الحد الأقصى.

من خلال المقاوم R1يتم توفير الجهد الكهربائي النابض إلى الصمام الثنائي زينر KS510.
يتم تشكيل جهد شبه منحرف بمقدار 10 فولت على الصمام الثنائي زينر (النقطة T2). يحدد بداية ونهاية قسم التنظيم.

♠ خيارات سلسلة الوقت (R2، R3، C)يتم اختياره بحيث يتم اختيار المكثف خلال نصف دورة واحدة منكانت مشحونة بالكامل.
مع بداية انتقال الجهد الكهربائي جامعة كاليفورنيامن خلال الصفر ، مع ظهور جهد شبه منحرف ، يبدأ الجهد عبر المكثف في النمو من. عندما يتم الوصول إلى الجهد عبر المكثف المملكة المتحدة \ u003d 10 فولت، التناظرية من الثايرستور (Tr1، Tr2). مكثف منمن خلال التناظرية يتم تفريغها إلى المقاوم R4و ، بالتوازي مع ذلك ، الانتقال أوي - كالثايرستور (النقطة T3)ويقوم بتشغيل الثايرستور.
الثايرستور KU202يمر تيار الحمل الرئيسي عبر الدائرة: شبكة - KTS405 - لحام حديد حلزوني - انود - كاثود ثايرستور - KTS405 - فتيل - شبكة.
المقاومات R5-R6تعمل من أجل التشغيل المستقر للجهاز.

♠ تتم مزامنة بدء تشغيل عقدة التحكم تلقائيًا مع الجهد جامعة كاليفورنياالشبكات.
يمكن أن يكون الصمام الثنائي زينر D814V، G، D. أو KS510 ، KS210للجهد 9-12 فولت.
مقاومة متغيرة R2 - 47-56 كومقوة لا تقل عن 0.5 واط.
مكثف C - 0.15 - 0.22 فائق التوهج، لا أكثر.
المقاوم R1- من المستحسن الاتصال من ثلاث مقاومات بواسطة 8.2 Kom، 2 واط ، حتى لا تصبح شديدة السخونة.
الترانزستورات Tr1 ، Tr2 - أزواج KT814A ، KT815A ؛ KT503A ، KT502Aوإلخ.

إذا لم تتجاوز السلطة المنظمة 100 واط، يمكنك استخدام الثايرستور بدون المبرد. إذا كانت قوة التحميل أكثر من 100 واطالمبرد مطلوب 10 - 20 سم مربع.
♠ في طريقة الطور النبضي ، يتم توليد نبضة الزناد للثايرستور خلال نصف دورة كاملة.
أولئك. يتم ضبط الطاقة تقريبًا من صفر إلى 100٪ ، أثناء ضبط زاوية الطور من a = 0 إلى a = 180درجات.
على الرسوم البيانية في النقطة رقم 5يوضح أشكال الضغط على الحمل بزوايا طور انتقائية: أ = 160 ، أ = 116 ، أ = 85 ، أ = 18درجات.
ذات قيمة أ = 160 درجة، يتم إغلاق الثايرستور تقريبًا أثناء مرور نصف الدورة أنابيب الجهد(قوة التحميل منخفضة جدا).
ذات قيمة أ = 18 درجة، الثايرستور مفتوح طوال مدة نصف الدورة تقريبًا (الطاقة في الحمل تقريبًا 100% ).
في الرسوم البيانية في النقطة رقم 4أثناء فتح الثايرستور ، إلى جانب ظهور نبضة محفزة ، يضاف انخفاض الجهد عبر الثايرستور المفتوح ( أعلىعلى المخطط عند النقطة رقم 4).

تظهر جميع المؤامرات من الضغوط في نقاط T1 - T5، نسبة إلى النقطة T6يمكن رؤيتها على الذبذبات.

الثايرستور في دائرة التيار المتردد. طريقة المرحلة.

♦ ومن المعروف أن كهرباءفي المنزل والشبكة الصناعية تتغير وفقًا لقانون الجيب. شكل تردد التيار الكهربائي المتردد 50 هيرتز، المقدمة في الموافقة المسبقة عن علم 1 أ).

لفترة واحدة ، دورة ، يتغير الجهد من قيمته: 0 → (+ Umax) → 0 → (-Umax) → 0 .
إذا تخيلنا أبسط مولد تيار متناوب (الشكل 1 ب)مع زوج واحد من الأقطاب ، حيث يحدد استقبال التيار المتردد الجيبي دوران إطار الجزء المتحرك في دورة واحدة ، ثم كل موضع للدوار في وقت معين من الفترة يتوافق مع قدر معين من جهد الخرج.

أو ، كل قيمة للجهد الجيبي لفترة تتوافق مع زاوية معينة α دوران الإطار. زاوية الطور α ، هذه هي الزاوية التي تحدد قيمة الكمية المتغيرة بشكل دوري في وقت معين.

في لحظة زاوية المرحلة:

• α = 0° الجهد االكهربى يو = 0;
• α = 90 درجةالجهد االكهربى U = + Umax;
• α = 180 درجةالجهد االكهربى يو = 0;
• α = 270 درجةالجهد االكهربى U = - Umax;
• α = 360 درجةالجهد االكهربى يو = 0.

♦ يستخدم تنظيم الجهد باستخدام الثايرستور في دوائر التيار المتردد هذه الميزات للتيار المتردد الجيبي.
كما ذكرنا سابقًا في المقال "": الثايرستور هو جهاز شبه موصل يعمل وفقًا لقانون الصمام الكهربائي المتحكم فيه. لديها دولتان مستقرتان. يمكن أن تكون موصلة تحت ظروف معينة (افتح)وحالة غير موصلة (مغلق).
يحتوي الثايرستور على كاثود ، وأنود ، وإلكترود تحكم. باستخدام قطب التحكم ، يمكنك تغيير الحالة الكهربائية للثايرستور ، أي تغيير المعلمات الكهربائية للصمام.
يستطيع الثايرستور تمرير التيار الكهربائي في اتجاه واحد فقط - من القطب الموجب إلى القطب السالب (يمر التيرستورات التيار في كلا الاتجاهين).
لذلك ، لتشغيل الثايرستور ، يجب تحويل التيار المتردد (تصحيحه باستخدام جسر الصمام الثنائي) إلى جهد نابض لقطبية موجبة مع عبور جهد صفري ، كما في الصورة 2.

طريقة التحكم في الثايرستور هي التأكد من ذلك في ذلك الوقت ر(خلال نصف الدورة نحن) خلال الفترة الانتقالية أوي - ك، اجتاز تيار التحويل أيونالثايرستور.

من هذه اللحظة فصاعدًا ، يتدفق تيار القطب السالب الرئيسي عبر الثايرستور ، حتى انتقال نصف الدورة التالي إلى الصفر ، عندما يغلق الثايرستور.
تدفق الحالية أيونيمكن الحصول على الثايرستور بطرق مختلفة.
1. بسبب التيار المتدفق من خلال: + U - R1 - R2 - Ue - K - -U (في الرسم البياني ، الشكل 3) .
2. من عقدة منفصلة لتكوين نبضات التحكم وإمدادها بين قطب التحكم والكاثود.

♦ في الحالة الأولى ، يتدفق تيار البوابة عبر التقاطع Ue - K ،يزداد تدريجياً (يزداد مع التوتر نحن) حتى تصل إلى القيمة أيون. سيفتح الثايرستور.

طريقة المرحلة.

♦ في الحالة الثانية ، التي يتم إنشاؤها في جهاز خاص ، يتم تطبيق نبضة قصيرة في الوقت المناسب على الانتقال أوي - ك، الذي يفتح منه الثايرستور.

يسمى هذا النوع من التحكم في الثايرستور طريقة النبض .
في كلتا الحالتين ، يجب أن يكون التيار الذي يتحكم في تشغيل الثايرستور متزامنًا مع بداية انتقال الجهد الكهربائي Uc إلى الصفر.
يتم تقليل عمل قطب التحكم للتحكم في لحظة تشغيل الثايرستور.

طريقة المرحلة للتحكم في الثايرستور.

♦ لنجرب مثالًا بسيطًا على باهتة الثايرستور (الرسم التخطيطي تين. 3) لتفكيك ميزات عمل الثايرستور في دائرة التيار المتناوب.

بعد جسر المعدل ، يكون الجهد عبارة عن جهد نابض يتغير في الشكل:
0 → (+ Umax) → 0 → (+ Umax) → 0 ، كما في الشكل 2

بداية التحكم في الثايرستور على النحو التالي.
مع زيادة الجهد الكهربائي نحن، من اللحظة التي يمر فيها الجهد عبر الصفر ، يظهر تيار تحكم في دائرة إلكترود التحكم Iupعلى طول السلسلة:
+ U - R1 - R2 - Ue - K - -U.
مع زيادة التوتر نحنالزيادات والتحكم الحالي Iup(قطب تحكم - كاثود).

عندما يصل تيار إلكترود التحكم إلى القيمة أيون، يتم تشغيل الثايرستور (يفتح) ويغلق النقاط + U و -Uعلى الرسم التخطيطي.

انخفاض الجهد عبر الثايرستور المفتوح (الأنود - الكاثود) هو 1,5 – 2,0 فولت. سينخفض ​​تيار البوابة إلى الصفر تقريبًا ، وسيظل الثايرستور موصلًا حتى الجهد نحنلن تنخفض الشبكة إلى الصفر.
مع عمل نصف دورة جديدة لجهد التيار الكهربائي ، سيتكرر كل شيء من البداية.

♦ يتدفق تيار الحمل فقط في الدائرة ، أي التيار عبر المصباح L1 على طول الدائرة:
بنا - فيوز - جسر ديود - أنود - كاثود الثايرستور - جسر ديود - لمبة إضاءة L1 - بنا.
سوف المصباح الكهربائي اشتعلمع كل نصف دورة لجهد التيار الكهربائي وتنطفئ عندما يمر الجهد عبر الصفر.

دعونا نجري عملية حسابية صغيرة على سبيل المثال تين. 3. نستخدم بيانات العناصر كما في الرسم التخطيطي.
حسب دليل الثايرستور KU202Nصنع التيار أيون = 100 مللي أمبير. في الواقع ، إنه أصغر بكثير وهو كذلك 10 - 20 مللي أمبير ،اعتمادا على المثال.
خذ هذا المثال أيون = 10 مللي أمبير .
يتم التحكم في لحظة التبديل (ضبط السطوع) عن طريق تغيير قيمة المقاومة المتغيرة للمقاوم R1. لقيم المقاوم المختلفة R1، سيكون هناك جهد انهيار مختلف للثايرستور. في هذه الحالة ، ستختلف لحظة تشغيل الثايرستور خلال:

1. R1 = 0 ، R2 = 2.0 كوم. Uon \ u003d Ion x (R1 + R2) \ u003d 10 x (0 + 2 \ u003d 20 فولت.
2. R1 = 14.0 كيلو أوم ، R2 = 2.0 كيلو أوم Uon \ u003d Ion x (R1 + R2) \ u003d 10 x (13 + 2) \ u003d 150 فولت.
3. R1 = 19.0 كوم ، R2 = 2.0 كوم. Uon \ u003d Ion x (R1 + R2) \ u003d 10 x (18 + 2) \ u003d 200 فولت.
4. R1 = 29.0 كوم ، R2 = 2.0 كوم. Uon \ u003d Ion x (R1 + R2) \ u003d 10 x (28 + 2) \ u003d 300 فولت.
5. R1 = 30.0 كوم ، R2 = 2.0 كوم. Uon \ u003d Ion x (R1 + R2) \ u003d 10 x (308 + 2) \ u003d 310 فولت.

زاوية الطور α يختلف من أ = 10 ، حتى أ = 90درجات.
يظهر مثال على نتيجة هذه الحسابات في أرز. أربعة.

♦ يتوافق الجزء المظلل من الجيب مع القدرة المشتتة عند الحمل.
التحكم في الطاقة بطريقة الطور ، ممكن فقط في نطاق ضيق من زاوية التحكم من a = 10 ° إلى a = 90 °.
هذا هو ، في الداخل من 90٪ إلى 50٪القوة المسلمة للحمل.

بدء التنظيم من زاوية المرحلة أ = 10الدرجات يفسرها حقيقة أنه في الوقت الحالي ر = 0 - ر = 1، التيار في دائرة إلكترود التحكم لم يصل بعد إلى القيمة أيون(لم تصل جامعة كاليفورنيا إلى 20 فولت).

كل هذه الشروط ممكنة إذا لم يكن هناك مكثف في الدائرة من.
إذا قمت بوضع مكثف من(في الرسم البياني للشكل 2) ، سيتحول نطاق تنظيم الجهد (زاوية الطور) إلى اليمين شكل 5.

هذا يرجع إلى حقيقة أنه في البداية (ر = 0 - ر = 1) ، يذهب كل التيار لشحن المكثف من، الجهد بين Ue و K للثايرستور هو صفر ولا يمكن تشغيله.

بمجرد أن يتم شحن المكثف ، يمر التيار عبر قطب التحكم - الكاثود ، وسيعمل الثايرستور.

تعتمد زاوية التنظيم على سعة المكثف وتتحرك تقريبًا من a = 30 إلى a = 120درجات (مع مكثف السعة 50 فائق التوهج). كيف تتحقق من الثايرستور؟

على مدونتي ، قمت بنشر رسالة إخبارية لدروس مجانية حول الموضوع :.
في هذه الدروس ، في شكل شائع ، حاولت أن أشرح بأكبر قدر ممكن جوهر عمل الثايرستور: كيف يعمل ، وكيف يعمل في دائرة التيار المستمر والتيار المتردد. استشهد بالعديد من دوائر التشغيل على الثايرستور و dinistors.

في هذا الدرس ، بناءً على طلب المشتركين ، أقدم بعض الأمثلة التحقق من سلامة الثايرستور.

كيف تتحقق من الثايرستور؟

يتم إجراء الفحص الأولي للثايرستور باستخدام جهاز اختبار الأومتر أو جهاز رقمي متعدد.
يجب أن يكون مفتاح DMM في موضع اختبار الصمام الثنائي.
باستخدام مقياس الأومتر أو المتر المتعدد ، يتم فحص انتقالات الثايرستور: قطب التحكم - الكاثودوالانتقال الأنود الكاثود.
يجب أن تكون مقاومة انتقال الثايرستور ، قطب التحكم - كاثود ، في الداخل 50-500 أوم.
في كل حالة ، يجب أن تكون قيمة هذه المقاومة متماثلة تقريبًا للقياسات المباشرة والعكسية. كلما زادت قيمة هذه المقاومة ، زادت حساسية الثايرستور.
بمعنى آخر ، ستكون قيمة تيار قطب التحكم ، الذي ينتقل عنده الثايرستور من الحالة المغلقة إلى الحالة المفتوحة ، أقل.
بالنسبة للثايرستور الجيد ، يجب أن تكون قيمة المقاومة لانتقال القطب الموجب ، مع القياسات المباشرة والعكسية ، كبيرة جدًا ، أي أن لها قيمة "غير محدودة".
النتيجة الإيجابية لهذا الفحص الأولي لا تعني شيئًا حتى الآن.
إذا كان الثايرستور موجودًا بالفعل في مكان ما في الدائرة ، فقد يكون به تقاطع أنود-كاثود "محترق". لا يمكن تحديد عطل الثايرستور بمقياس متعدد.

يجب إجراء الاختبار الرئيسي للثايرستور باستخدام مصادر طاقة إضافية. في هذه الحالة ، يتم فحص عمل الثايرستور بالكامل.
سوف يدخل الثايرستور في حالة الفتح إذا مرت نبضة تيار قصيرة المدى عبر التقاطع ، الكاثود - قطب التحكم ، وهو ما يكفي لفتح الثايرستور.

يمكن الحصول على هذا التيار بطريقتين:
1. استخدم مصدر الطاقة الرئيسي والمقاوم R كما في الشكل رقم 1.
2. استخدم مصدر جهد تحكم إضافي ، كما في الشكل رقم 2.

ضع في اعتبارك دائرة اختبار الثايرستور في الشكل رقم 1.
يمكنك عمل لوحة اختبار صغيرة لوضع الأسلاك وضوء المؤشر وأزرار التبديل عليها.

دعونا نتحقق من الثايرستور عندما يتم تشغيل الدائرة بالتيار المباشر.

كمقاومة للحمل ومؤشر مرئي لتشغيل الثايرستور ، نستخدم لمبة إضاءة منخفضة الطاقة للجهد المناسب.
قيمة المقاوم صيتم اختياره بحيث يكون التيار المتدفق عبر قطب التحكم - الكاثود ، كافياً لتشغيل الثايرستور.
سوف يمر تيار التحكم في الثايرستور عبر الدائرة: زائد (+) - زر مغلق Kn1 - زر مغلق Kn2 - المقاوم R - قطب التحكم - كاثود - ناقص (-).
تيار التحكم في الثايرستور لـ KU202 وفقًا للكتاب المرجعي هو 0.1 أمبير. في الواقع ، يتراوح تيار تشغيل الثايرستور في مكان ما بين 20-50 مللي أمبير وحتى أقل. لنأخذ 20 مللي أمبير ، أو 0.02 أمبير.
يمكن أن يكون مصدر الطاقة الرئيسي أي مقوم أو بطارية أو حزمة بطارية.
يمكن أن يكون الجهد أي شيء من 5 إلى 25 فولت.
حدد مقاومة المقاوم ص.
خذ لحساب مصدر الطاقة U = 12 فولت.
R \ u003d U: I \ u003d 12 V: 0.02 A \ u003d 600 أوم.
حيث: U - جهد إمداد الطاقة ؛ أنا هو التيار في دائرة إلكترود التحكم.

قيمة المقاوم R ستكون مساوية لـ 600 أوم.
إذا كان جهد المصدر ، على سبيل المثال ، 24 فولت ، فإن R = 1200 أوم ، على التوالي.

الدائرة في الشكل 1 تعمل على النحو التالي.

في الحالة الأولية ، يتم إغلاق الثايرستور ، مصباح كهربائيلا تحترق. يمكن أن تكون الدائرة في هذه الحالة للمدة التي تريدها. اضغط على الزر Kn2 وحرره. سوف يمر نبض تيار التحكم عبر دائرة إلكترود التحكم. سيفتح الثايرستور. سوف يضيء المصباح حتى في حالة تعطل دائرة إلكترود التحكم.
اضغط على الزر Kn1 وحرره. سوف تنكسر دائرة تيار الحمل التي تمر عبر الثايرستور وسيغلق الثايرستور. ستعود الدائرة إلى حالتها الأصلية.

دعونا نتحقق من عمل الثايرستور في دائرة التيار المتردد.

بدلا من المصدر الجهد المستمرقم بتشغيل الجهد المتناوب 12 فولت من أي محول (الشكل رقم 2).

في الحالة الأولية ، لن يضيء المصباح.
دعنا نضغط على زر Kn2. عند الضغط على الزر ، يضيء المصباح. عند الضغط على الزر ، يخرج.
في الوقت نفسه ، يحترق المصباح "على الأرض - يتوهج". هذا لأن الثايرستور يمر فقط نصف الموجة الموجبة للجهد المتناوب.
إذا قمنا بفحص التيرستورات بدلاً من الثايرستور ، على سبيل المثال KU208 ، فإن المصباح الكهربائي سوف يحترق عند الحرارة الكاملة. يمر التيرستورات بنصف موجات الجهد المتناوب.

كيف تختبر الثايرستور من مصدر جهد تحكم منفصل؟

دعنا نعود إلى أول دائرة اختبار الثايرستور ، من مصدر جهد ثابت ، ولكن نقوم بتعديلها قليلاً.

ننظر إلى الشكل رقم 3.

في هذه الدائرة ، يتم توفير تيار البوابة من مصدر منفصل. حيث يمكن استخدام بطارية فارغة.
بالضغط لفترة وجيزة على الزر Kn2 ، سيضيء الضوء بنفس الطريقة كما في الحالة في الشكل رقم 1. يجب ألا يقل التيار الكهربائي لقطب التحكم عن 15 - 20 ملي أمبير. يتم قفل الثايرستور أيضًا بالضغط على الزر Kn1.

4. الدرس الرابع - "الثايرستور في دائرة تيار متناوب. نبض - طريقة الطور "

5. الدرس رقم 5 - « منظم الثايرستورفي شاحن"

توضح هذه الدروس ، في شكل بسيط ومريح ، المعلومات الأساسية عن أجهزة أشباه الموصلات: الدينيستورات والثايرستور.

ما هو الدينيستور والثايرستور ، أنواع الثايرستور وخصائصها الفولتية أمبير ، تشغيل الدينيستورات والثايرستور في دارات التيار المستمر والتيار المتردد ، نظائر الترانزستور من الدينيستور والثايرستور.

أيضا ، كيف تتحكم الطاقة الكهربائيةالتيار المتردد وطرق الطور والطور النبضي.

يتم تأكيد كل مادة نظرية من خلال أمثلة عملية.
يتم تقديم مخططات التشغيل: مولد استرخاء وزر ثابت ، يتم تنفيذهما على الدينيستور والتناظرية الترانزستور ؛ دائرة حماية ماس كهربائى في مثبت الجهد وأكثر من ذلك بكثير.

مثيرة للاهتمام بشكل خاص لمخطط سائقي السيارات شاحنلبطارية 12 فولت على الثايرستور.
يتم إعطاء مخططات لشكل الجهد عند نقاط التشغيل أجهزة التشغيلالتحكم في الجهد المتناوب مع طرق الطور والطور النبضي.

لتلقي هذه الدروس المجانية ، اشترك في النشرة الإخبارية ، واملأ نموذج الاشتراك وانقر على الزر "اشتراك".

مساء الخير حب. دعنا نتحدث عن جهاز مثل الثايرستور. الثايرستور هو جهاز أشباه الموصلات ثنائي الاستقرار به ثلاثة أو أكثر من تقاطعات التصحيح المتفاعلة. وظيفيا ، يمكن تصنيفها على أنها مفاتيح إلكترونية. لكن هناك ميزة واحدة في الثايرستور ، لا يمكنها الدخول في الحالة المغلقة ، على عكس المفتاح التقليدي. لذلك ، يمكن العثور عليه عادةً تحت الاسم - وليس المفتاح المُدار بالكامل.

يوضح الشكل منظرًا نموذجيًا للثايرستور. يتكون من أربعة أنواع متناوبة من الموصلية الكهربائية لمناطق أشباه الموصلات وله ثلاثة أطراف: الأنود والكاثود وإلكترود التحكم.
الأنود هو الاتصال مع الطبقة الخارجية ، والكاثود مع الطبقة الخارجية n.
قم بتحديث ذاكرة السندات الإذنية تقاطعيستطيع .

تصنيف

اعتمادًا على عدد المسامير ، يمكن اشتقاق تصنيف الثايرستور. في الواقع ، كل شيء بسيط للغاية: يُطلق على الثايرستور ذو الخيوط المزدوجة اسم dinistors (على التوالي ، يحتوي فقط على أنود وكاثود). الثايرستور ذو الثلاثة وأربعة أطراف يسمى الصمام الثلاثي أو الرباعي. هناك أيضًا الثايرستور مع عدد كبير من مناطق أشباه الموصلات المتناوبة. أحد أكثرها إثارة للاهتمام هو الثايرستور المتماثل (التيرستورات) ، والذي يتم تشغيله بأي قطبية جهد.

مبدأ التشغيل

عادة ، يتم تمثيل الثايرستور على شكل ترانزستورين متصلين ببعضهما البعض ، يعمل كل منهما في الوضع النشط.

فيما يتعلق بهذا النمط ، يمكننا استدعاء المناطق المتطرفة - الباعث ، والتقاطع المركزي - المجمع.
لفهم كيفية عمل الثايرستور ، يجب أن تنظر إلى خاصية الجهد الحالي.



تم تطبيق جهد إيجابي صغير على أنود الثايرستور. ترتبط تقاطعات الباعث في الاتجاه الأمامي ، وتقاطعات المجمع في الاتجاه المعاكس. (في الواقع ، كل الجهد سيكون عليه). سيكون القسم من صفر إلى واحد في خاصية الجهد الحالي مشابهًا تقريبًا للفرع العكسي لخاصية الصمام الثنائي. يمكن تسمية هذا الوضع - وضع الحالة المغلقة للثايرستور.
مع زيادة جهد الأنود ، يتم حقن الناقلات الرئيسية في منطقة القاعدة ، وبالتالي تتراكم الإلكترونات والثقوب ، وهو ما يعادل فرق الجهد عند تقاطع المجمع. مع زيادة التيار عبر الثايرستور ، سيبدأ الجهد عند تقاطع المجمع في الانخفاض. وعندما تنخفض إلى قيمة معينة ، سوف يدخل الثايرستور في حالة مقاومة تفاضلية سلبية (القسم 1-2 في الشكل).
بعد ذلك ، ستتحول جميع التحولات الثلاثة في الاتجاه الأمامي ، وبالتالي نقل الثايرستور إلى الحالة المفتوحة (القسم 2-3 في الشكل).
سيكون الثايرستور في حالة مفتوحة طالما أن تقاطع المجمع متحيز في الاتجاه الأمامي. إذا تم تقليل تيار الثايرستور ، فنتيجة لإعادة التركيب ، سينخفض ​​عدد ناقلات عدم التوازن في المناطق الأساسية وسيتم تحويل تقاطع المجمع في الاتجاه المعاكس وسيذهب الثايرستور إلى الحالة المغلقة.
عند إعادة تشغيل الثايرستور ، ستكون خاصية الجهد الحالي مماثلة لتلك الخاصة بصمامين ثنائيين متصلين بالسلسلة. سيكون الجهد العكسي محدودًا في هذه الحالة بجهد الانهيار.

المعلمات العامة للثايرستور

1. تشغيل الجهد- هذا هو الحد الأدنى لجهد الأنود الذي يدخل فيه الثايرستور في حالة التشغيل.
2. التيار المتجه للامامهو انخفاض الجهد الأمامي عند الحد الأقصى لتيار الأنود.
3. الجهد العكسي- هو الحد الأقصى الجهد المسموح بهعلى الثايرستور في الحالة المغلقة.
4. أقصى تيار أمامي مسموح بههو أقصى تيار مفتوح.
5. تيار عكسي - التيار عند أقصى جهد عكسي.
6. الحد الأقصى الحاليالتحكم الكهربائي
7. وقت تأخير التشغيل / الإيقاف
8. الحد الأقصى المسموح به من تبديد الطاقة

استنتاج

وهكذا ، في الثايرستور هناك إيجابية استجابةبواسطة التيار - تؤدي الزيادة في التيار عبر تقاطع باعث واحد إلى زيادة التيار عبر تقاطع باعث آخر.
الثايرستور ليس مفتاح تحكم كامل. أي ، بعد التبديل إلى الحالة المفتوحة ، يبقى فيها حتى إذا توقفت عن إرسال إشارة إلى انتقال التحكم ، إذا تم توفير تيار أعلى من قيمة معينة ، أي تيار التعليق.