Ikki tomonlama tiristor. Manbalar uchun tiristor: kommutatsiya sxemasi va boshqarish usullari. To'g'ridan -to'g'ri qulflash rejimi

Diagramma qanday ishlashini tushunish uchun siz elementlarning har birining harakati va maqsadini bilishingiz kerak. Ushbu maqolada biz tiristorning ishlash printsipini, har xil turdagi va ish rejimlarini, xususiyatlari va turlarini ko'rib chiqamiz. Biz hamma narsani iloji boricha osonroq tushuntirishga harakat qilamiz, shunda hatto yangi boshlanuvchilar uchun ham tushunarli bo'ladi.

Tiristor - bu faqat ikkita holatga ega bo'lgan yarimo'tkazgichli element: "ochiq" (oqim oqimi) va "yopiq" (oqim yo'q). Bundan tashqari, ikkala davlat ham barqaror, ya'ni o'tish faqat ma'lum sharoitlarda sodir bo'ladi. Kommutatsiyaning o'zi juda tez, lekin bir zumda emas.

O'z harakat uslubida uni kalit yoki kalit bilan solishtirish mumkin. Bu faqat tiristor kuchlanish yordamida o'chadi va oqim yo'qolishi yoki yukni olib tashlash orqali o'chadi. Shunday qilib, tiristorning ishlash printsipini tushunish oson. Buni elektr boshqariladigan kalit deb tasavvur qiling. Xo'sh, aslida emas.

Tiristor odatda uchta chiqishga ega. Bitta boshqaruv va ikkita oqim orqali o'tadi. Siz uning qanday ishlashini qisqacha ta'riflashga harakat qilishingiz mumkin. Tekshirish chiqishiga kuchlanish qo'llanilganda, kontaktlarning zanglashi anod-kollektor orqali o'tadi. Ya'ni, uni tranzistor bilan solishtirish mumkin. Faqatgina farq shundaki, tranzistorning oqim tezligi nazorat piniga qo'llaniladigan kuchlanishga bog'liq. Va tiristor butunlay ochiq yoki to'liq yopiq.

Tashqi ko'rinish

Tiristorning ko'rinishi uning ishlab chiqarilgan sanasiga bog'liq. Sovet Ittifoqi davridagi elementlar - uch uchli "uchuvchi likopcha" shaklidagi metall. Ikkita sim - katod va nazorat elektrodlari "pastki" yoki "qopqoq" da joylashgan (qaysi tomonga qarash kerak). Bundan tashqari, nazorat elektrodlari kichikroq. Anod katodning qarama -qarshi tomonida joylashgan bo'lishi mumkin yoki tanadagi kir yuvish mashinasi ostidan yon tomonga yopishishi mumkin.

Tiristorlarning ikki turi - zamonaviy va sovet, diagrammalarda ko'rsatilgan

Zamonaviy tiristorlar boshqacha ko'rinadi. Bu kichik plastmassa to'rtburchaklar bo'lib, tepasida metall plastinka va pastda uchta pim bor. Zamonaviy versiyada bitta noqulaylik bor: ta'rifda terminallarning qaysi biri anod, katod va nazorat elektrodining qaerdaligini izlash kerak. Qoidaga ko'ra, birinchisi anod, keyin katod va eng o'ng tomon elektroddir. Lekin bu odatda, ya'ni har doim ham emas.

Ish printsipi

Amaliyot printsipiga ko'ra, tiristorni diod bilan solishtirish mumkin. U bir yo'nalishda - anoddan katodgacha o'tadi, lekin bu faqat "ochiq" holatda bo'ladi. Diagrammalarda tiristor diodga o'xshaydi. Anod va katod ham bor, lekin qo'shimcha element ham bor - nazorat elektrodlari. Chiqish kuchlanishida (diod bilan solishtirganda) farqlar borligi aniq.

AC kuchlanish davrlarida tiristor faqat bitta yarim to'lqinni o'tkazadi - yuqori. Pastki yarim to'lqin kelganda, u "yopiq" holatiga qaytariladi.

Tiristorning ishlash printsipi oddiy so'zlar bilan

Keling, tiristorning ishlash printsipini ko'rib chiqaylik. Elementning dastlabki holati yopiq. "Ochiq" holatga o'tish uchun "signal" - bu anod va boshqaruv chiqishi o'rtasidagi kuchlanishning ko'rinishi. Tiristorni "yopiq" holatiga qaytarishning ikki yo'li mavjud:

• yukni olib tashlang;
• tokni ushlab turish oqimidan pastroqqa kamaytiring (texnik tavsiflardan biri).

AC davrlarida, qoida tariqasida, tiristor ikkinchi variantga muvofiq tiklanadi. Uy tarmog'idagi o'zgaruvchan tok sinusoidal bo'lib, uning qiymati nolga yaqinlashganda va qayta o'rnatish sodir bo'ladi. DC manbalaridan ishlaydigan davralarda siz kuchni majburan o'chirishingiz yoki yukni olib tashlashingiz kerak.

Ya'ni, tiristor AC va DC kuchlanish davrlarida boshqacha ishlaydi. Doimiy kuchlanish pallasida, anod va nazorat terminali o'rtasida qisqa muddatli kuchlanish paydo bo'lgandan so'ng, element "ochiq" holatga o'tadi. Bundan tashqari, voqealarni rivojlantirishning ikkita varianti bo'lishi mumkin:

• "Ochiq" holat, nazorat qilish anodining chiqish kuchlanishi yo'qolganidan keyin ham saqlanib qoladi. Agar anod-nazorat terminaliga qo'llaniladigan kuchlanish qulfni ochmaydigan kuchlanishdan yuqori bo'lsa, bu mumkin (bu ma'lumotlar texnik shartlarda). Tiristor orqali oqim oqimi, faqat kontaktlarning zanglashiga olib kelishi yoki quvvat manbaining o'chirilishi bilan to'xtaydi. Bundan tashqari, kontaktlarning zanglashiga olib kelishi / uzilishi juda qisqa muddatli bo'lishi mumkin. Zanjir tiklangandan so'ng, anod-nazorat terminali qayta quvvatlanmaguncha hech qanday oqim oqmaydi.
• Voltajni olib tashlaganingizdan so'ng (u qulfni ochish kuchlanishidan past), tiristor darhol "yopiq" holatga o'tadi.

Shunday qilib, shahar zanjirlarida tiristorni ishlatishning ikkita varianti mavjud - ochiq va ushlab turmasdan. Ammo ko'pincha ular birinchi turga ko'ra ishlatiladi - u ochiq qolganda.

AC kuchlanish davrlarida tiristorning ishlash printsipi boshqacha. U erda qulflangan holatga qaytish "avtomatik ravishda" sodir bo'ladi - oqim ushlab turish ostonasidan pastga tushganda. Agar kuchlanish anod-katodga doimiy ravishda qo'llanilsa, tiristorning chiqishida biz ma'lum chastotada ketadigan oqim pulslarini olamiz. Kommutatsiya quvvat manbalari shunday qurilgan. Tiristor yordamida ular sinusoidni pulsga aylantiradi.

Funktsional tekshirish

Siz tiristorni multimetr bilan yoki oddiy sinov zanjiri yordamida tekshirishingiz mumkin. Agar terish paytida sizning ko'zingiz oldida texnik xususiyatlar bo'lsa, siz bir vaqtning o'zida o'tishlarning qarshiligini tekshirishingiz mumkin.

Multimetr bilan aloqa

Boshlash uchun multimetr yordamida uzluksizlikni tahlil qilaylik. Biz qurilmani terish rejimiga o'tkazamiz.

E'tibor bering, turli seriyalar uchun qarshilik qiymati har xil - bunga alohida e'tibor bermaslik kerak. Agar siz ulanishlarning qarshiligini tekshirmoqchi bo'lsangiz, texnik xususiyatlarga qarang.

Rasmda test sxemalari ko'rsatilgan. O'ng tomondagi rasm - bu katod va boshqaruv terminali o'rtasida o'rnatilgan tugmachali takomillashtirilgan versiya. Multimetr kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqimni qayd qilishi uchun tugmani qisqa bosing.

Lampochka va doimiy oqim manbasidan foydalanish (batareya ham ishlaydi)

Agar multimetr bo'lmasa, siz lampochka va quvvat manbai yordamida tiristorni tekshirishingiz mumkin. Hatto oddiy batareya yoki boshqa doimiy kuchlanish manbai ham shunday qiladi. Ammo kuchlanish lampochkani yoqish uchun etarli bo'lishi kerak. Sizga boshqa qarshilik yoki oddiy sim bo'lagi kerak bo'ladi. Ushbu elementlardan oddiy sxema yig'iladi:

• Biz quvvat manbasidan anodga ortiqcha etkazib beramiz.
• Biz lampochkani katodga ulaymiz, uning ikkinchi chiqishini quvvat manbaining minusiga ulaymiz. Chiroq o'chirilgan, chunki termistor qulflangan.
• Qisqa vaqt ichida (bir bo'lak sim yoki qarshilik yordamida) biz anod va boshqaruv terminalini ulaymiz.
• Chiroq yonadi va yonadi, garchi jumper olib tashlangan bo'lsa ham. Termistor ochiq qoladi.
• Agar siz lampochkani burab qo'ysangiz yoki quvvat manbaini o'chirsangiz, yorug'lik tabiiy ravishda o'chadi.
• Agar zanjir / quvvat qayta tiklansa, u yonmaydi.

Tekshirish bilan bir qatorda, bu sxema tiristorning ishlash tamoyilini tushunishga imkon beradi. Axir, rasm juda aniq va tushunarli.

Tiristorlar turlari va ularning maxsus xossalari

Yarimo'tkazgich texnologiyasi hali ham ishlab chiqilmoqda va takomillashtirilmoqda. Bir necha o'n yillar mobaynida ba'zi farqlarga ega bo'lgan yangi turdagi tiristorlar paydo bo'ldi.

• Dinistorlar yoki diodli tiristorlar. Ular farq qiladi, chunki ular faqat ikkita xulosaga ega. Ular anod va katodga puls shaklida yuqori kuchlanishni qo'llash orqali ochiladi. U "nazoratsiz tiristorlar" deb ham ataladi.
• SCR yoki SCR. Ularda nazorat elektrodlari bor, lekin nazorat pulsi ta'minlanishi mumkin:
  • Tekshirish chiqishi va katod uchun. Ism - katod nazorati bilan.
  • Nazorat elektrodida va anodda. Shunga ko'ra - anod nazorati.

Qulflash usuli bo'yicha har xil turdagi tiristorlar ham mavjud. Bir holda, anod oqimini ushlab turish oqimi darajasidan pastroq qilib qo'yish kifoya. Boshqa holatda, nazorat elektrodiga blokirovka qiluvchi kuchlanish qo'llaniladi.

O'tkazuvchanlik bo'yicha

Biz tiristorlar tokni faqat bitta yo'nalishda o'tkazishini aytdik. Teskari o'tkazuvchanlik yo'q. Bunday elementlar teskari o'tkazuvchan bo'lmagan deb ataladi, lekin bunday elementlar mavjud emas. Boshqa variantlar ham bor:

• Ular past teskari kuchlanishga ega, ular teskari o'tkazgich deb ataladi.
• G'ayritabiiy teskari o'tkazuvchanlik bilan. Ular teskari kuchlanish mumkin bo'lmagan davrlarga o'rnatiladi.
• Triak. Nosimmetrik tiristorlar. Ular har ikki yo'nalishda ham oqim o'tkazadilar.

Tiristorlar kalit rejimida ishlashi mumkin. Ya'ni, nazorat pulsi kelganda, yukni oqim bilan ta'minlang. Bu holda yuk, ochiq kuchlanish asosida hisoblanadi. Eng yuqori quvvat sarfini ham hisobga olish kerak. Bunday holda, "uchuvchi likopcha" shaklidagi metall modellarni tanlash yaxshidir. Ularga radiatorni ulash qulay - tezroq sovutish uchun.

Maxsus ish rejimlari bo'yicha tasnif

Shuningdek, siz tiristorlarning quyidagi kichik turlarini ajrata olasiz:

• Qulflanadigan va qulflanmaydigan. Qulflanmaydigan tiristorning ishlash printsipi biroz boshqacha. Plyus anodga, katod uchun minus qo'llanilganda ochiq holatda bo'ladi. Kutupluluk teskari bo'lganda yopiladi.
• Tez harakat qilish. Ular bir davlatdan ikkinchisiga qisqa o'tish vaqtiga ega.
• Puls. Juda tez bir holatdan ikkinchisiga o'tadi, pulsli ish rejimlari bo'lgan davrlarda ishlatiladi.

Asosiy maqsad-kam quvvatli boshqaruv signallari yordamida kuchli yukni yoqish va o'chirish

Tiristorlardan foydalanishning asosiy sohasi - bu elektron zanjirni yopish va ochish uchun ishlatiladigan elektron kalit. Umuman olganda, ko'plab tanish qurilmalar tiristorlarga asoslangan. Masalan, ishlaydigan chiroqlar, to'g'rilagichlar, quvvat manbalarini almashtirish, to'g'rilash moslamalari va boshqalar.

Xususiyatlar va ularning ma'nosi

Ba'zi tiristorlar juda yuqori oqimlarni almashtirishi mumkin, bu holda ular kuch tiristorlari deb ataladi. Issiqlikni yaxshiroq tarqatish uchun ular metall korpusda ishlab chiqariladi. Plastik korpusli kichik modellar odatda past quvvatli sxemalarda ishlatiladigan kam quvvatli variantlardir. Biroq, har doim istisnolar mavjud. Shunday qilib, har bir aniq maqsad uchun kerakli variant tanlanadi. Ular, albatta, parametrlarga ko'ra tanlaydilar. Bu erda asosiylari:

Dinamik parametr ham mavjud - yopiq holatdan ochiq holatga o'tish vaqti. Ba'zi davralarda bu muhim ahamiyatga ega. Ishlash turi ham ko'rsatilishi mumkin: qulfni ochish vaqti yoki qulflash vaqti bilan.

Tiristorning ishlash printsipi

Tiristor bu to'liq boshqarilmaydigan elektron elektron kalit. Shuning uchun, ba'zida texnik adabiyotlarda u bir martalik tiristor deb ataladi, uni faqat boshqaruv signali orqali o'tkazgich holatiga o'tkazish mumkin, ya'ni yoqiladi. Uni o'chirish uchun (to'g'ridan -to'g'ri tokda ishlaganda) to'g'ridan -to'g'ri oqim nolga tushishini ta'minlash uchun maxsus choralar ko'rish kerak.

Tiristorli kalit faqat bitta yo'nalishda oqim o'tkazishi mumkin va yopiq holatda ham oldinga, ham teskari voltajga bardosh bera oladi.

Tiristor to'rtta qatlamli p-n-p-n-tuzilishga ega bo'lib, uchta uchidan iborat: anod (A), katod (C) va nazorat elektrodlari (G), bu rasmda ko'rsatilgan. 1

Guruch. 1. An'anaviy tiristor: a) - an'anaviy grafik belgilash; b) - volt -amper xarakteristikasi.

Fig. 1b, iG boshqaruv oqimining turli qiymatlarida, statik I - V chiqishlarining oilasini ko'rsatadi. Tiristor yoqilmasdan bardosh bera oladigan chegaralanuvchi old kuchlanish maksimal qiymatlarga ega iG = 0. Hozirgi iG oshishi bilan tiristor bardosh bera oladigan oldingi kuchlanish kamayadi. Tiristorning yoqilgan holati II tarmoqqa, o'chirilgan holat I tarmoqqa, yoqish jarayoni III tarmoqqa to'g'ri keladi. Tutish oqimi yoki ushlab turish oqimi minimal ruxsat etilgan oldingi oqimga teng, u erda tiristor o'tkazuvchanlikni saqlaydi. Bu qiymat, shuningdek, tiristorda yoqilgan kuchlanish oldinga siljishining mumkin bo'lgan minimal qiymatiga mos keladi.

IV filial oqish oqimining teskari voltajga bog'liqligini ifodalaydi. Teskari kuchlanish UBO qiymatidan oshib ketganda, tiristorning ishdan chiqishi bilan bog'liq bo'lgan teskari oqimning keskin o'sishi boshlanadi. Buzilishning tabiati qaytarilmas jarayonga yoki yarimo'tkazgichli zener diodining ishlashiga xos bo'lgan ko'chki buzilish jarayoniga to'g'ri kelishi mumkin.

Tiristorlar - 5 kV gacha kuchlanishli va 1 kHz dan oshmaydigan chastotada 5 kA gacha bo'lgan toklarni almashtirishga qodir eng kuchli elektron kalitlar.

Tiristorlarning dizayni rasmda ko'rsatilgan. 2018-05-01 xoxlasa buladi 121 2.

Guruch. 2. Tiristor korpuslarining dizayni: a) - planshet; b) - pin

DC tiristori

An'anaviy tiristor, katodga nisbatan ijobiy kutupluluğa ega bo'lgan nazorat pallasida joriy pulsni qo'llash orqali yoqiladi. Yoqish vaqtining davomiyligiga yukning tabiati (faol, induktiv va boshqalar), iG boshqaruv impulsining amplitudasi va ko'tarilish tezligi, tiristor yarimo'tkazgich strukturasining harorati, qo'llaniladigan kuchlanish ta'sir qiladi. va yuk oqimi. Tiristorli kontaktlarning zanglashiga olib boruvchi kuchlanishning ko'tarilish tezligining ruxsat etilmaydigan qiymatlari bo'lmasligi kerak, bu erda nazorat signalining iG va ko'tarilish tezligining yo'qligida tiristorning o'z -o'zidan faollashishi mumkin. joriy diA / dt. Shu bilan birga, nazorat signalining qiyaligi yuqori bo'lishi kerak.

Tiristorlarni o'chirish usullari orasida tabiiy o'chirish (yoki tabiiy almashtirish) va majburiy (yoki sun'iy almashtirish) ni ajratish odat tusiga kiradi. Tabiiy kommutatsiya, tiristorlar o'zgaruvchan tok zanjirlarida, oqim nolga tushganda ishlaydi.

Majburiy almashtirish usullari juda xilma -xildir. Ulardan eng tipiklari quyidagilardir: oldindan zaryadlangan C kondansatörünün S kaliti bilan ulanishi (3-rasm, a); oldindan zaryadlangan CK kondansatörü bilan LC sxemasini ulash (3-rasm b); yuk pallasida o'tuvchi jarayonning tebranish xususiyatidan foydalanish (3 -rasm, s).

Guruch. 3. Tiristorlarni sun'iy almashtirish usullari: a) - zaryadlangan kondansatör C orqali; b) - LC -zanjirining salınımlı oqimi orqali; v) - yukning tebranuvchi xarakteri tufayli

Rasmdagi diagramaga muvofiq o'tishda. 3 va teskari polaritli, masalan, boshqa yordamchi tiristorga ega bo'lgan kommutatsion kondansatörni ulash, uning o'tkazuvchan asosiy tiristorga tushishiga olib keladi. Kondensatorning tushirish oqimi tiristorning old oqimiga qarshi yo'naltirilganligi sababli, ikkinchisi nolga kamayadi va tiristor o'chadi.

Rasmdagi diagrammada. 3, b, LC sxemasining ulanishi, CK kommutatsion kondansatörünün salınımlı bir boşalmasına olib keladi. Bunday holda, boshida tushirish oqimi tiristor orqali uning old oqimiga qarama -qarshi oqadi, ular teng bo'lganda tiristor o'chadi. Bundan tashqari, LC sxemasining oqimi VS tiristoridan VD diodiga o'tadi. VD diodidan pastadir oqimi oqar ekan, tiristor VS ga ochiq dioddagi kuchlanish pasayishiga teng teskari kuchlanish qo'llaniladi.

Rasmdagi diagrammada. 3, VR tiristorini murakkab RLC yuklamasiga o'tish vaqtinchalik sabab bo'ladi. Yukning ma'lum parametrlarida, bu jarayon, yuk oqimining polaritesining o'zgarishi bilan, salınımlı bo'lishi mumkin. Bunday holda, tiristor VS o'chirilgandan so'ng, VD diodi yonadi, u qarama -qarshi kutuplu oqim o'tkaza boshlaydi. Ba'zan bu almashtirish usuli kvazi-tabiiy deb ataladi, chunki u yuk oqimining qutblanishining o'zgarishi bilan bog'liq.

AC tiristor

Tiristor AC zanjiriga ulanganda, quyidagi operatsiyalar mumkin:

Elektr zanjirini faol va faol-reaktiv yuk bilan yoqish va o'chirish;

nazorat signalining vaqtini tartibga solish mumkin bo'lganligi sababli yuk orqali oqimning o'rtacha va samarali qiymatlarining o'zgarishi.

Tiristorli kalit faqat bitta yo'nalishda elektr tokini o'tkazishga qodir bo'lgani uchun, AC tiristorlarini ishlatish uchun ularning parallel parallel ulanishi ishlatiladi (4-rasm, a).

Guruch. 4. Tiristorlarning qarama-qarshi parallel ulanishi (a) va oqim shakli (b)

O'rtacha va VS1 va VS2 tiristorlariga ochilish signallari qo'llanilish momentining o'zgarishi tufayli o'zgaradi, ya'ni. burchakni o'zgartirib va ​​(4 -rasm, b). VS1 va VS2 tiristorlari uchun bu burchakning qiymatlari tartibga solish paytida bir vaqtning o'zida o'zgartiriladi. Burchakni boshqarish burchagi yoki tiristorning otish burchagi deyiladi.

Bosqich (4 -rasm, a, b) va puls kengligi tiristorni boshqarish(4 -rasm, v).

Guruch. 5. Yukdagi kuchlanish turi: a) - tiristorning fazali boshqaruvi; b) - majburiy almashtirish bilan tiristorning fazali boshqaruvi; c) - puls kengligida tiristorni boshqarish

Majburiy almashtirish bilan tiristorni nazorat qilishning fazaviy usuli bilan yuk oqimini tartibga solish burchakni o'zgartirish orqali ham mumkin? , shundaymi va burchak? ... Sun'iy almashtirish maxsus tugunlar yordamida yoki to'liq boshqariladigan (qulflanadigan) tiristorlar yordamida amalga oshiriladi.

Puls kengligi nazorati bilan (puls kengligi modulyatsiyasi - PWM) vaqt davomida Totkr, tiristorlarga nazorat signali qo'llaniladi, ular ochiq va yuk Unga qo'llaniladi. Tcap vaqtida boshqaruv signali yo'q va tiristorlar o'tkazuvchan bo'lmagan holatda bo'ladi. Yukdagi oqimning RMS qiymati

qaerda In.m - yuk oqimi Tcl = 0 da.

Tiristorlarning fazali boshqaruvi bilan yukning joriy egri chizig'i sinusoidal emas, bu besleme tarmog'ining kuchlanish shaklining buzilishiga va yuqori chastotali shovqinlarga sezgir bo'lgan iste'molchilar ishining buzilishiga olib keladi-elektromagnit nomuvofiqlik deb ataladi.

Qulflanadigan tiristorlar

Tiristorlar - yuqori kuchlanishli va yuqori tokli (yuqori tokli) davrlarni almashtirish uchun ishlatiladigan eng kuchli elektron kalitlar. Biroq, ularning muhim kamchiliklari bor - nazoratning to'liq emasligi, bu shuni ko'rsatadiki, ularni o'chirish uchun to'g'ridan -to'g'ri oqimni nolga tushirish uchun sharoit yaratish kerak. Bu ko'p hollarda tiristorlardan foydalanishni cheklaydi va murakkablashtiradi.

Ushbu kamchilikni bartaraf etish uchun, nazorat elektrodining G signalidan qulflangan tiristorlar ishlab chiqilgan. Bunday tiristorlar eshikni o'chirish tiristori (GTO) yoki ikki operatsiyali deyiladi.

Qulflanadigan tiristorlar(ZT) to'rt qavatli p-p-p-p tuzilishga ega, biroq ayni paytda ularni an'anaviy tiristorlardan tubdan farq qiladigan bir qancha muhim dizayn xususiyatlariga ega-to'liq nazorat qilish xususiyati. Old eshikli tiristorlarning statik I - V xarakteristikasi an'anaviy tiristorlarning I - V xususiyatlari bilan bir xil. Biroq, qulflanadigan tiristor odatda katta teskari kuchlanishni blokirovka qila olmaydi va ko'pincha parallel parallel diodga ulanadi. Bundan tashqari, qulflanadigan tiristorlar oldinga kuchlanishning sezilarli pasayishi bilan ajralib turadi. Qulflanadigan tiristorni o'chirish uchun darvoza elektrod zanjiriga kuchli manfiy oqim pulsini (to'g'ridan-to'g'ri o'chirilgan oqim qiymatiga nisbatan taxminan 1: 5) qo'llash kerak, lekin qisqa muddatli (10-100 mks) ).

Qulflanadigan tiristorlar an'anaviy tiristorlarga qaraganda pastroq kuchlanish va toklarga (taxminan 20-30%ga) ega.

Tiristorlarning asosiy turlari

Qulflanadigan tiristorlar bundan mustasno Har xil turdagi tiristorlarning keng assortimenti ishlab chiqilgan bo'lib, ular tezligi, boshqarish jarayonlari, o'tkazuvchanlik holatidagi toklarning yo'nalishi bo'yicha farqlanadi. va hokazo. Ular orasida quyidagi turlarni ajratib ko'rsatish kerak:

tiristor-diod, bu parallel parallel ulangan diodli tiristorga teng (6.12-rasm, a);

diodli tiristor (dinistor), A va C o'rtasida qo'llaniladigan ma'lum bir kuchlanish darajasidan oshib ketganda, o'tkazgich holatiga o'tish (6 -rasm, b);

qulflanadigan tiristor(6.12 -rasm, s);

nosimmetrik tiristor yoki triak, bu ikkita parallel parallel ulangan tiristorga teng (6.12-rasm, d);

yuqori tezlikli inverter tiristor(o'chirish vaqti 5-50 mikron);

dala darvozasi tiristori masalan, MOS tranzistorining tiristor bilan birikmasiga asoslangan;

yorug'lik oqimi tomonidan boshqariladigan optotiristor.

Guruch. 6. Tiristorlarning an'anaviy grafik belgilanishi: a) - tiristor -diod; b) - diodli tiristor (dinistor); c) - qulflanadigan tiristor; d) - triak

Tiristor himoyasi

Tiristorlar - oldinga diA / dt va oldinga kuchlanish duAC / dt ko'tarilish tezligi uchun muhim qurilmalar. Tiristorlar, diodlar kabi, teskari tiklash oqimi fenomeni bilan ajralib turadi, uning keskin pasayishi yuqori duAC / dt qiymatiga ega bo'lgan haddan tashqari kuchlanish ehtimolini kuchaytiradi. Bunday haddan tashqari kuchlanish, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan induktiv elementlar, shu jumladan, simlarning tokini keskin to'xtatilishi natijasidir. Shuning uchun, tiristorlarni himoya qilish uchun, odatda, dinamik rejimlarda diA / dt va duAC / dt ning qabul qilinmaydigan qiymatlaridan himoyalanishni ta'minlaydigan har xil CFTCP sxemalari ishlatiladi.

Ko'pgina hollarda, qo'shimcha tiristorli kontaktlarning zanglashiga olib kiruvchi kuchlanish manbalarining ichki induktiv qarshiligi qo'shimcha indüktans LS kiritmaslik uchun etarli. Shuning uchun, amalda, tez -tez o'chirishda haddan tashqari kuchlanish darajasi va tezligini kamaytiradigan CFTlarga ehtiyoj seziladi (7 -rasm).

Guruch. 7. Tiristorni himoya qilish sxemasi

Shu maqsadda, odatda, tiristor bilan parallel ulangan RC davrlari ishlatiladi. RC davrlarining turli xil elektron modifikatsiyalari va ularning parametrlarini tristorlardan foydalanishning har xil sharoitlari uchun hisoblash usullari mavjud.

Qulflanadigan tiristorlar uchun, CFTP tranzistorlari sxemasiga o'xshash, o'tish traektoriyasini shakllantirish sxemalari ishlatiladi.

Quvvatli elektronika uchun yarimo'tkazgichli qurilmalarni yaratish 1953 yilda boshlangan, bu vaqtda yuqori soflikdagi kremniyni olish va katta hajmli kremniy disklarini hosil qilish mumkin bo'lgan. 1955 yilda to'rt qavatli tuzilishga ega va "tiristor" deb nomlangan yarimo'tkazgichli boshqariladigan qurilma birinchi marta yaratildi.

Anod va katod orasidagi musbat kuchlanishda nazorat elektrodiga impuls qo'llash orqali yoqilgan. Tiristor u orqali o'tadigan oldinga oqimni nolga tushirish yo'li bilan o'chiriladi, buning uchun turli induktiv-sig'imli kommutatsiya sxemalari ishlab chiqilgan. Ular nafaqat konvertorning narxini oshiradi, balki uning og'irligi va o'lchamlarini yomonlashtiradi va ishonchliligini pasaytiradi.

Shuning uchun, tiristorni yaratish bilan bir vaqtda, uni nazorat elektrodining yopilishini ta'minlashga qaratilgan tadqiqotlar boshlandi. Asosiy muammo zaryad tashuvchilarning bazaviy hududlarda tez rezorbsiyasini ta'minlash edi.

Birinchi bunday tiristorlar 1960 yilda AQShda paydo bo'lgan. Ular Gate Off Off (GTO) deb nomlanadi. Mamlakatimizda ular qulflanadigan yoki yopiladigan tiristorlar sifatida yaxshi tanilgan.

90-yillarning o'rtalarida eshik elektrodining halqa terminali bo'lgan qulflanadigan tiristor ishlab chiqildi. U Gate Commutated Thyristor (GCT) deb nomlandi va GTO texnologiyasining keyingi rivojlanishiga aylandi.

GTO tiristorlar

Qurilma

Qulflanadigan tiristor-bu to'rt qavatli klassik tuzilishga asoslangan to'liq boshqariladigan yarimo'tkazgichli qurilma. Tekshirish elektrodiga musbat va manfiy oqim impulslarini qo'llash orqali uni yoqing va o'chiring. Shaklda 1 -da, an'anaviy belgilash (a) va o'chirilishi kerak bo'lgan tiristorning blok -diagrammasi (b) ko'rsatilgan. Oddiy tiristor singari, u ham katod K, anod A va boshqaruv elektrodiga ega G. Qurilmalar tuzilmalaridagi farqlar n- va p o'tkazuvchanlikka ega gorizontal va vertikal qatlamlarning turlicha joylashishidan iborat.

Katod qatlami n dizayni eng katta o'zgarishlarga uchradi. U bir necha yuz elementar hujayralarga bo'linadi, ular maydon bo'ylab teng taqsimlanadi va parallel ulanadi. Ushbu dizayn, qurilma o'chirilganda, yarimo'tkazgich strukturasining butun maydonida tokning bir xil pasayishini ta'minlash istagi bilan bog'liq.

P asosiy qatlami, umuman ishlab chiqarilganiga qaramay, ko'p miqdordagi nazorat elektrodli kontaktlarga ega (taxminan katod hujayralari soniga teng), shuningdek maydon bo'ylab teng taqsimlangan va parallel ulangan. Asosiy qatlam n an'anaviy tiristorning mos keladigan qatlamiga o'xshash qilingan.

P anod qatlamida kichik taqsimlangan qarshiliklar orqali n bazani anodli kontakt bilan bog'laydigan shuntlar (n zonalar) mavjud. Anodli shuntlar teskari blokirovka qilish qobiliyatiga ega bo'lmagan tiristorlarda qo'llaniladi. Ular n asosiy zonasidan zaryad olish shartlarini yaxshilash orqali qurilmani o'chirish vaqtini qisqartirish uchun mo'ljallangan.

GTO tiristorlarining asosiy versiyasi-issiqlik va elektr o'tkazuvchanligi oshgan ikkita mis asosi orasidagi haroratni qoplaydigan molibden disklari orqali qisilgan to'rt qatlamli kremniy plastinkali planshet turi. Sopol korpusida qo'rg'oshin bo'lgan boshqaruv elektrodlari silikon plastinka bilan aloqa qiladi. Qurilma bir -biridan izolyatsiya qilingan va sovutish tizimining turiga qarab dizaynga ega bo'lgan sovutgichlarning ikki yarmi orasidagi aloqa yuzasi bilan mahkamlanadi.

Ishlash printsipi

GTO tiristorining ishlash tsiklida to'rt bosqich ajratiladi: yoqish, o'tkazuvchanlik, o'chirish va blokirovka holati.

Tiristor strukturasining sxematik qismida (1 -rasm, b), strukturaning pastki uchi anoddir. Anod p qatlam bilan aloqa qiladi. Keyin pastdan yuqoriga qarab quyidagilarni bajaring: asosiy qatlam n, p asosiy qatlam (darvoza simi bor), n qatlam qatlam katod bilan to'g'ridan -to'g'ri aloqa qiladi. To'rt qatlam uchta p-n birikmasini hosil qiladi: p va n qatlamlar orasidagi j1; j2 n va p qatlamlar orasida; j3 p va n qatlamlar orasida.

1 -bosqich- yoqish. Tiristor tuzilishining blokirovka holatidan o'tkazgich holatiga o'tish (yoqish) faqat anod va katod o'rtasida to'g'ridan -to'g'ri kuchlanish qo'llanilganda mumkin bo'ladi. J1 va j3 o'tishlar oldinga siljiydi va zaryad tashuvchilarning o'tishiga to'sqinlik qilmaydi. Barcha kuchlanish qarama -qarshi tomonga burilgan j2 o'rta ulanishiga qo'llaniladi. J2 o'tishi yaqinida tashuvchi quvvatsizlangan zona hosil bo'ladi, uni kosmik zaryadlar maydoni deyiladi. Tiristor GTO -ni yoqish uchun boshqaruv qutisi orqali ("+" terminali p qatlamigacha) darvoza va katodga musbat qutbli U G kuchlanish qo'llaniladi. Natijada, I G ochilish oqimi kontaktlarning zanglashidan o'tadi.

Darvoza qulflanadigan tiristorlar dIG / dt qirralarning tikligi va boshqaruv oqimining IGM amplitudasiga qattiq talablar qo'yadi. J3 birikmasi orqali, oqish oqimiga qo'shimcha ravishda, I G oqimining oqimi boshlanadi. Bu tokni hosil qiluvchi elektronlar n qatlamdan p qatlamga quyiladi. Bundan tashqari, ularning ba'zilari bazaning j2 o'tish maydonining n qatlamiga o'tadi.

Shu bilan birga, p qatlamidan n qatlamga va undan keyin p qatlamiga teshiklarni qarshi qarshi in'ektsiyasi kuchayadi, ya'ni. ozchilik zaryad tashuvchilar tomonidan yaratilgan oqimning oshishi kuzatiladi.

J2 bazali o'tish joyidan o'tadigan umumiy oqim, tiristor ochiladi, shundan so'ng yuk tashuvchilar uning to'rtta hududidan erkin o'tadilar.

2 -bosqich- o'tkazuvchi davlat. Oldinga oqim oqimi rejimida, agar anod pallasida oqim ushlab turish oqimidan oshsa, I G nazorat oqimiga ehtiyoj yo'q. Biroq, amalda, tiristorning barcha tuzilmalari doimiy ravishda o'tkazuvchan holatda bo'lishi uchun, ma'lum bir harorat rejimida ta'minlangan oqimni saqlab turish zarur. Shunday qilib, har doim yoqish va o'tkazuvchanlik holatida boshqaruv tizimi musbat kutupluluğun joriy pulsini hosil qiladi.

O'tkazgich holatida yarimo'tkazgich strukturasining barcha hududlari zaryad tashuvchilarning bir xil harakatini ta'minlaydi (elektronlar katoddan anodgacha, qarama -qarshi yo'nalishdagi teshiklar). Anod oqimi j1, j2 o'tish orqali, umumiy anod va nazorat elektrod oqimi j3 o'tish orqali oqadi.

3 -bosqich- yopmoq. Turistor GTO turg'un kuchlanish polaritesiga ega bo'lgan U T ni o'chirish uchun (3 -rasmga qarang), nazorat qilish davri orqali darvoza va katodga UGR manfiy kuchlanish qo'llaniladi. Bu o'chirish oqimini keltirib chiqaradi, uning oqimi p asosiy qatlamda ko'pchilik zaryad tashuvchilarning (teshiklarning) rezorbsiyasiga olib keladi. Boshqacha qilib aytganda, p qatlamiga asosiy n qatlamdan kirgan teshiklar va nazorat elektrod orqali bir qatlamga kirgan elektronlarning rekombinatsiyasi mavjud.

Asosiy j2 birikmasi ulardan ozod bo'lganligi sababli, tiristor o'cha boshlaydi. Bu jarayon qisqa vaqt ichida tiristorning I T old oqimining I TQT kichik qiymatiga keskin kamayishi bilan tavsiflanadi (2 -rasmga qarang). J2 tayanch o'tishni blokirovka qilgandan so'ng, j3 o'tishi yopila boshlaydi, ammo nazorat qilish davrlarining induktivasida saqlangan energiya tufayli u biroz ochiq holatda qoladi.

Guruch. 2. Anod oqimi (iT) va eshik oqimi (iG) grafiklari

Tekshirish zanjirining indüktansida saqlangan barcha energiya sarflangandan so'ng, katod tomonidagi j3 birikmasi to'liq bloklanadi. Shu paytdan boshlab, tiristor orqali o'tadigan oqim, darvoza zanjiri orqali anoddan katodgacha oqayotgan oqish oqimiga teng.

Rekombinatsiya jarayoni va shuning uchun qulflanadigan tiristorni o'chirish ko'p jihatdan old dIGQ / dt va teskari boshqaruv oqimining I GQ amplitudasiga bog'liq. Bu tokning kerakli qiyalik va amplitudasini ta'minlash uchun eshik elektrodiga UG kuchlanish qo'llanilishi kerak, bu j3 o'tish uchun ruxsat etilgan qiymatdan oshmasligi kerak.

4 -bosqich- blokirovka holati Blokirovka holati holatida boshqaruv blokining salbiy qutblanish kuchlanishi U GR darvoza va katodga qo'llaniladi. I GR umumiy oqimi tiristorning oqish oqimi va j3 o'tish joyidan o'tuvchi teskari nazorat oqimidan iborat boshqaruv pallasida oqadi. J3 o'tish teskari yo'nalishda siljiydi. Shunday qilib, oldinga blokirovka holatida bo'lgan GTO tiristorida ikkita o'tish (j2 va j3) teskari yo'nalishda siljiydi va ikkita kosmik zaryadli hudud hosil bo'ladi.

O'chirish va blokirovka qilish holatida boshqaruv tizimi salbiy polaritli puls hosil qiladi.

Himoya sxemalari

GTO tiristorlaridan foydalanish maxsus himoya sxemalarini qo'llashni talab qiladi. Ular og'irlik va o'lchamlarni, konvertorning narxini oshiradi, ba'zida qo'shimcha sovutish moslamalarini talab qiladi, lekin ular qurilmalarning normal ishlashi uchun zarurdir.

Har qanday himoya sxemasining maqsadi - yarimo'tkazgichli qurilmani almashtirishda elektr energiyasining ikkita parametridan birining ko'tarilish tezligini cheklash. Bunday holda, CB himoya chizig'ining kondansatkichlari (3 -rasm) himoyalangan qurilma T ga parallel ravishda ulanadi. Ular tiristor o'chirilganda oldinga dUT / dt kuchlanishining ko'tarilish tezligini cheklaydi.

LE induktorlari T qurilmasi bilan ketma -ket o'rnatiladi. Ular tiristor yoqilganda old oqim dIT / dt ko'tarilish tezligini cheklaydi. Har bir qurilma uchun dUT / dt va dIT / dt qiymatlari normallashadi, ular qo'llanmalarda va qurilmalar uchun pasport ma'lumotlarida ko'rsatilgan.

Guruch. 3. Himoya sxemasi

Kondensator va bo'g'ilishlardan tashqari, reaktiv elementlarning tushishi va zaryadlanishini ta'minlash uchun himoya davrlarida qo'shimcha elementlar ishlatiladi. Bunga quyidagilar kiradi: tiristor T o'chirilganda va kondansatör CB zaryadlanganda RB qarshiligini chetlab o'tadigan diodli DB, rezistor RB, bu tiristor T yoqilganda CB kondansatörünün tushirish oqimini cheklaydi.

Boshqaruv tizimi

Boshqaruv tizimi (CS) quyidagi funktsional bloklarni o'z ichiga oladi: qulfni ochish pulsini hosil qilish davri va tiristorni ochiq holatda ushlab turish uchun signal manbasidan iborat kommutatsiya davri; blokirovka signalini yaratish uchun pastadir; tiristorni yopiq holatda saqlash sxemasi.

Boshqaruv tizimlarining hamma turlari ham yuqoridagi bloklarning barchasini talab qilmaydi, lekin har bir boshqaruv tizimida qulfni ochish va qulflash impulslarining shakllanishi konturlari bo'lishi kerak. Bunday holda, nazorat qilish sxemasining galvanik izolyatsiyasini va o'chiriladigan tiristorning quvvat pallasini ta'minlash kerak.

O'chirilishi kerak bo'lgan tiristorning ishlashini nazorat qilish uchun boshqaruv elektrodiga signal etkazib berish usullaridan farq qiladigan ikkita asosiy boshqaruv tizimi ishlatiladi. Shaklda ko'rsatilgan holatda. 4, St logik bloki tomonidan ishlab chiqarilgan signallar galvanik izolyatsiya qilingan (potentsial ajratish), shundan so'ng ular SE va SA tugmalari orqali tiristorning T elektrodiga o'chiriladi. Ikkinchi holda, birinchi navbatda signallar. boshqaruv tizimi bilan bir xil potentsialga ega bo'lgan SE (yoqish) va SA (o'chirish) tugmachalari ustida ishlang, keyin UE va UA galvanik izolyatsion qurilmalari orqali boshqaruv elektrodiga beriladi.

SE va SA kalitlarining joylashishiga qarab past potentsialli (NPSU) va yuqori potentsialli (NPSU, 4-rasm) boshqaruv sxemalari farqlanadi.

Guruch. 4. Boshqaruv sxemasi opsiyasi

NPSUni boshqarish tizimi VPSUga qaraganda tuzilish jihatidan sodda, lekin uning imkoniyatlari to'g'ridan -to'g'ri oqim tiristoridan o'tuvchi rejimda ishlaydigan, shuningdek uzoq muddatli boshqaruv signallarini hosil qilish bilan chegaralanadi. nazorat pulslari. Uzoq muddatli signallarni ishlab chiqarish uchun bu erda qimmatroq tortishish sxemalarini ishlatish kerak.

VPSU -da yuqori burchakka va nazorat signalining davomiyligiga osonroq erishiladi. Bundan tashqari, bu erda nazorat signali to'liq ishlatiladi, NPSUda uning qiymati potentsial ajratish moslamasi bilan cheklangan (masalan, impuls transformatori).

Ma'lumot uzatish - yoqish yoki o'chirish buyrug'i - odatda kontaktlarning zanglashiga optoelektron konvertori orqali beriladi.

Tiristorlar GCT

90-yillarning o'rtalarida ABB va Mitsubishi yangi turdagi Gate Commutated Thyristor (GCT) turini ishlab chiqdilar. Aslida, GCT - bu GTOni yanada takomillashtirish yoki uni modernizatsiya qilish. Biroq, boshqaruv elektrodining printsipial jihatdan yangi dizayni, shuningdek, qurilma o'chirilganda yuzaga keladigan sezilarli darajada farq qiladigan jarayonlar, uni ko'rib chiqishni maqsadga muvofiq qiladi.

GCT GTO kamchiliklaridan xoli bo'lishi uchun yaratilgan, shuning uchun birinchi navbatda GTO bilan yuzaga keladigan muammolarga e'tibor qaratish lozim.

GTO -ning asosiy kamchiligi - bu qurilmani almashtirishda uning himoya davrlarida yuqori energiya yo'qotilishi. Chastotani ko'paytirish yo'qotishlarni oshiradi, shuning uchun amalda GTO tiristorlari 250-300 Gts dan oshmaydigan chastotada almashtiriladi. Asosiy yo'qotishlar RB rezistorida paydo bo'ladi (3 -rasmga qarang) tiristor T o'chirilganda va natijada CB kondansatörü zaryadsizlanadi.

CB kondansatörü, qurilma o'chirilganida dv / dt oldinga kuchlanishning tezligini cheklash uchun mo'ljallangan. Tiristorni du / dt effektiga sezgir bo'lmagan holda, biz GCT dizaynida amalga oshirilgan snubber sxemasidan (o'tish yo'lini shakllantirish davri) voz kechishga imkon yaratdik.

Boshqarish va dizayn xususiyati

GCT tiristorlarining asosiy xususiyati, GTO qurilmalaridan farqli o'laroq, tez o'chiriladi, bu ham boshqaruv tamoyilini o'zgartirish, ham qurilma dizaynini yaxshilash orqali erishiladi. Tez o'chirish tiristor tuzilishini qurilma o'chirilganda tranzistorga aylantirish orqali amalga oshiriladi, bu esa qurilmani du / dt effektiga sezgir qilmaydi.

GCTni yoqish, o'tkazish va blokirovka qilish bosqichlari GTO bilan bir xil tarzda boshqariladi. O'chirilganda, GCT nazorati ikkita xususiyatga ega:

• nazorat qilish oqimi Ig anod oqimi Ia ga teng yoki undan oshadi (GTO tiristorlari uchun Ig 3 - 5 baravar kam);
• nazorat elektrodining past indüktansi bor, bu 3000 A / ms va undan yuqori bo'lgan nazorat oqimining qazish / dt ko'tarilish tezligiga erishishga imkon beradi (GTO tiristorlari uchun qazish / dt qiymati 30-40 A / ms).

Guruch. 5. O'chirish vaqtida tiristor GCT strukturasida toklarning taqsimlanishi

Fig. 5, qurilma o'chirilganda GCT tiristorining tuzilishidagi oqimlarning taqsimlanishini ko'rsatadi. Ko'rsatilganidek, yoqish jarayoni GTO tiristorlarini yoqishga o'xshaydi. O'chirish jarayoni boshqacha. Anod oqimi (Ia) amplitudasiga teng bo'lgan manfiy nazorat pulsini (-Ig) qo'llaganidan so'ng, qurilma orqali o'tuvchi butun oqim boshqaruv tizimiga buriladi va j3 o'tishni chetlab o'tib, katodga etadi. p va n). J3 birikmasi teskari tomonga buriladi va npn katodli tranzistor o'chadi. GCTni keyingi o'chirish har qanday bipolyar tranzistorni o'chirishga o'xshaydi, bu esa oldinga kuchlanish du / dtning ko'tarilish tezligini tashqi chegaralashni talab qilmaydi va shuning uchun snubber zanjirining yo'qligiga imkon beradi.

GCT dizaynining o'zgarishi qurilmada o'chirilgan vaqtda sodir bo'ladigan dinamik jarayonlar GTOga qaraganda birdan ikki darajagacha tezroq bo'lishiga bog'liq. Shunday qilib, agar GTO uchun minimal o'chirish va blokirovka qilish vaqti 100 mikron bo'lsa, GCT uchun bu qiymat 10 mikrondan oshmaydi. GCT o'chirilganda boshqaruv oqimining ko'tarilish tezligi 3000 A / mkts, GTO 40 A / mks dan oshmaydi.

Kommutatsiya jarayonlarining yuqori dinamikasini ta'minlash uchun biz boshqaruv elektrodining chiqish konstruktsiyasini va qurilmaning boshqaruv tizimining puls shakllantiruvchi bilan ulanishini o'zgartirdik. Chiqish halqa shaklida bo'lib, qurilmani aylana bilan o'rab oladi. Rishta tiristorning keramik korpusidan o'tadi va kontaktlar: ichkarida nazorat elektrodining hujayralari bilan; tashqarida - nazorat elektrodini puls shakllantiruvchi bilan bog'laydigan plastinka bilan.

Endi GTO tiristorlari Yaponiya va Evropaning bir nechta yirik kompaniyalari tomonidan ishlab chiqariladi: Toshiba, Hitachi, Mitsubishi, ABB, Eupec. UDRM kuchlanishli qurilmalarning parametrlari: 2500 V, 4500 V, 6000 V; joriy ITGQM (maksimal takrorlanadigan qulflanadigan oqim): 1000 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A, 4000 A, 6000 A.

Tiristorlar GCT Mitsubishi va ABB tomonidan ishlab chiqariladi. Qurilmalar 4500 V gacha bo'lgan UDRM kuchlanishiga va 4000 A gacha bo'lgan ITGQM tokiga mo'ljallangan.

Hozirgi vaqtda Rossiyaning "Electrovypryamitel" OAJ (Saransk) korxonasida GCT va GTO tiristorlari o'zlashtirildi. TZ-243, TZ-253, TZ-273, ZTA-173, ZTA-193, ZTF-193 seriyali tiristorlar ishlab chiqariladi (shunga o'xshash) GCT ga) va boshqalar diametri 125 mm gacha bo'lgan silikon gofret va UDRM 1200 - 6000 V kuchlanish diapazoni va ITGQM 630 - 4000 A tokli.

Qulflanadigan tiristorlar bilan parallel ravishda va ular bilan birgalikda ishlatish uchun "Electrovypryamitel" OAJ damping (snubber) sxemalari va teskari oqim diodlari uchun tez sozlanadigan diodlarni, shuningdek chiqish bosqichlari uchun kuchli impulsli tranzistorni ishlab chiqdi va o'zlashtirdi. boshqaruv drayveri (boshqaruv tizimi).

IGCT tiristorlari

Qattiq nazorat kontseptsiyasi tufayli (boshqariladigan rekombinatsiya markazlarining maxsus taqsimlanishini yaratish uchun doping profillarini, mezotexnologiyani, proton va elektron nurlanishini nozik sozlash, shaffof yoki ingichka emitentlar deb ataladigan texnologiya, bufer qatlamidan foydalanish. -bazaviy mintaqa va boshqalar), yopilganda GTO xususiyatlarining sezilarli yaxshilanishiga erishish mumkin edi. Qurilma, boshqaruv va qo'llanilish nuqtai nazaridan HD GTO texnologiyasidagi navbatdagi katta yutuq bu yangi "Gate-Commutated Thyristor (IGCT)" ga asoslangan boshqariladigan qurilmalar g'oyasi edi. Qattiq nazorat texnologiyasi tufayli silliq o'tish IGCTning xavfsiz ishlash maydonini ko'chki chegarasiga qadar uzaytiradi, ya'ni. silikonning jismoniy imkoniyatlari. Du / dt himoya qilish sxemalari talab qilinmaydi. Yaxshilangan quvvat yo'qotilishi bilan birgalikda kilogers diapazonida yangi ilovalar topildi. Haydash uchun zarur bo'lgan quvvat standart GTOlarga qaraganda 5 barobar kamayadi, asosan anodning shaffof dizayni tufayli. Yuqori quvvatli diodli monolitli IGCT asboblarining yangi oilasi 0,5 - 6 MV * A diapazonidagi ilovalar uchun ishlab chiqilgan. Seriyali va parallel ulanishning mavjud texnik imkoniyati bilan IGCT qurilmalari quvvat darajasini bir necha yuz megavoltgacha - ampergacha oshirishga imkon beradi.

Integratsiyalashgan boshqaruv bloki yordamida anod voltajining oshishi boshlanishidan oldin katodik oqim kamayadi. Bunga ko'p qavatli boshqaruv bloki PCB bilan birgalikda koaksiyal darvoza elektrod ulanishi orqali amalga oshiriladigan, darvoza zanjirining juda past eshik indüktansı tufayli erishiladi. Natijada, 4 kA / mikronlik oqim tezligining qiymatiga erishish mumkin bo'ldi. Tekshirish kuchlanishi bilan UGK = 20 V. Katod oqimi nolga aylanganda, qolgan anod oqimi past qarshilikka ega bo'lgan boshqaruv blokiga o'tkaziladi. Bu boshqaruv blokining energiya sarfini kamaytiradi.

"Qattiq" boshqaruv bilan ishlayotganda, tiristor blokirovka paytida p-n-p-n holatidan p-n-p rejimiga o'tadi. O'chirish butunlay tranzistor rejimida amalga oshiriladi, bu har qanday tetiklanish ehtimolini yo'q qiladi.

Qurilmaning qalinligini kamaytirishga anod tomonidagi bufer qatlam yordamida erishiladi. Quvvatli yarimo'tkazgichlarning tampon qatlami an'anaviy elementlarning xususiyatlarini yaxshilaydi, ular bir xil oldinga uzilish kuchlanishida qalinligini 30% ga kamaytiradi. Yupqa elementlarning asosiy afzalligi past statik va dinamik yo'qotishlar bilan texnologik xususiyatlarning yaxshilanishidir. To'rt qavatli qurilmadagi bunday tampon qatlami anodning qisqa tutashuvlarini yo'q qilishni talab qiladi, lekin shu bilan birga o'chirish vaqtida elektronlarning samarali chiqarilishi qoladi. Yangi IGCT bufer qatlamini shaffof anod chiqaruvchi bilan birlashtiradi. Shaffof anod - bu joriy nazorat qilinadigan emitent samaradorligi bilan pn birikmasi.

Maksimal shovqin immuniteti va ixchamligi uchun boshqaruv qutisi IGCTni o'rab oladi va sovutgich bilan bitta tuzilmani hosil qiladi va faqat IGCTni boshqarish uchun zarur bo'lgan elektron qismini o'z ichiga oladi. Natijada boshqaruv blokining elementlari soni kamayadi, issiqlik tarqalish parametrlari, elektr va termal yuklarning kamayishi kuzatiladi. Shu sababli, boshqaruv blokining narxi va ishdan chiqish darajasi ham sezilarli darajada kamayadi. IGCT, o'rnatilgan boshqaruv qutisi bilan, modulga osongina kiradi va optik tolali orqali quvvat manbai va nazorat signal manbasiga to'g'ri ulanadi. Buloqni ochish orqali, mahkamlangan aloqa tizimi tufayli, IGCTga to'g'ri hisoblangan siqish kuchi qo'llaniladi, bu elektr va termal aloqa hosil qiladi. Shunday qilib, montajning maksimal qulayligi va eng katta ishonchliligi ta'minlanadi. IGCTni snubbersiz ishlatganda, flyback diodasi ham snubbersiz ishlashi kerak. Bu talablar klassik jarayonlar bilan birgalikda nurlanish jarayoni yordamida ishlab chiqarilgan yuqori quvvatli, qisqichli diod bilan ta'minlangan. Di / dt qobiliyati diod ishi bilan belgilanadi (6 -rasmga qarang).

Guruch. 6. IGCT bo'yicha uch fazali inverterning soddalashtirilgan diagrammasi

IGCTning asosiy ishlab chiqaruvchisi - "ABB" firmasi. U DRM kuchlanish uchun tiristorlar parametrlari: 4500 V, 6000 V; joriy ITGQM: 3000 A, 4000 A.

Xulosa

90 -yillarning boshlarida kuchli tranzistorlar texnologiyasining jadal rivojlanishi yangi sinf qurilmalari - izolyatsiyalangan eshikli bipolyar tranzistorlar (IGBT) paydo bo'lishiga olib keldi. IGBTlarning asosiy afzalliklari - yuqori ish chastotasi, samaradorligi, boshqaruv sxemalarining soddaligi va ixchamligi (boshqaruv oqimi pastligi tufayli).

Oxirgi yillarda 4500 V gacha kuchlanishli va 1800 A gacha bo'lgan toklarni almashtirish qobiliyatiga ega IGBTlarning paydo bo'lishi 1 MVtgacha bo'lgan qurilmalarda darvoza bilan ishlaydigan tiristorlar (GTO) o'rnini bosishiga olib keldi. 3,5 kVgacha bo'lgan kuchlanish.

Biroq, chastotalarni 500 Gts dan 2 kHz gacha va IGBT tranzistorlariga qaraganda yuqori ishlash qobiliyatiga ega bo'lgan yangi IGCTlar, isbotlangan tiristor texnologiyalarining maqbul kombinatsiyasini o'ziga xos past yo'qotishlar bilan birlashtiradi va boshqaruvda harakat qilish orqali snubbersiz, yuqori samarali o'chirishni birlashtiradi. elektrod. IGCT bugungi kunda o'rta va yuqori kuchlanishli elektronikani qo'llash uchun ideal echimdir.

Ikki tomonlama issiqlik qabul qilgichli zamonaviy kuchli quvvat kalitlarining xususiyatlari jadvalda keltirilgan. 1.

Jadval 1. Ikki tomonlama issiqlik qabul qilgichli zamonaviy kuchli quvvat kalitlarining xususiyatlari

Tiristor - bu yarim o'tkazgichli kalit, uning dizayni to'rt qatlamdan iborat. Ular bir holatdan ikkinchisiga o'tish imkoniyatiga ega - yopiqdan ochiqgacha va aksincha.

Ushbu maqolada keltirilgan ma'lumotlar ushbu qurilma haqidagi savolga to'liq javob berishga yordam beradi.

Tiristorning ishlash printsipi

Ixtisoslashtirilgan adabiyotlarda bu qurilma bir martalik tiristor deb ham ataladi. Bu nom qurilmaning mavjudligi bilan bog'liq to'liq boshqarish mumkin emas... Boshqacha aytganda, boshqaruv ob'ektidan signal olganda, u faqat yoqilgan holatga o'tishi mumkin. Qurilmani o'chirish uchun odam qo'shimcha harakatlar qilishi kerak bo'ladi, bu esa kuchlanish darajasining nolga tushishiga olib keladi.

Bu qurilmaning ishlashi elektr kuch maydonidan foydalanishga asoslangan. Uni bir holatdan boshqasiga o'tkazish uchun ma'lum signallarni uzatuvchi boshqaruv texnologiyasi qo'llaniladi. Bunday holda, tiristor orqali oqim faqat bitta yo'nalishda harakatlanishi mumkin. O'chirilganda, bu qurilma ham oldinga, ham teskari kuchlanishga bardosh bera oladi.

Tiristorni yoqish va o'chirish usullari

Ushbu standart turdagi apparatning ish holatiga o'tish ma'lum kuchlanishdagi tok kuchlanish pulsini o'rgatish orqali amalga oshiriladi. Yoqish tezligi va keyinchalik qanday ishlashi haqida, quyidagi omillar ta'sir qiladi:

Tiristorni o'chiring bir necha usulda amalga oshirilishi mumkin:

1. Tabiiy o'chirish. Texnik adabiyotlarda tabiiy o'chirish kabi tushuncha ham mavjud - bu tabiiy o'chirishga o'xshaydi.
2. Majburiy o'chirish (majburiy almashtirish).

Ushbu qurilmaning tabiiy o'chirilishi uning o'zgaruvchan tokli davrlarda, oqim darajasi nolga tushganda amalga oshiriladi.

Majburiy o'chirish turli xil usullarni o'z ichiga oladi. Ulardan eng keng tarqalgani quyidagi usul.

Lotin harfi C bilan ko'rsatilgan kondansatör kalitga ulangan. U S. bilan belgilanishi kerak, bu holda kondansatör yopilishidan oldin zaryadlanishi kerak.

Tiristorlarning asosiy turlari

Hozirgi vaqtda bir -biridan texnik tavsiflari - ish tezligi, usullari va boshqarish jarayonlari, o'tkazuvchanlik holatidagi oqim yo'nalishlari va boshqalar bilan farq qiladigan ko'p sonli tiristorlar mavjud.

Eng keng tarqalgan turlari

1. Tiristorli diod. Bunday qurilma parallel parallel diodli rejimda bo'lgan qurilmaga o'xshaydi.
2. Diodli tiristor. Boshqa ism - dinistor. Ushbu qurilmaning o'ziga xos xususiyati shundaki, o'tkazgich rejimiga o'tish joriy darajadan oshib ketganda amalga oshiriladi.
3. Qulflanadigan tiristor.
4. Nosimmetrik. U triak deb ham ataladi. Ushbu qurilmaning konstruktsiyasi ishlayotganda ikkita parallel parallel diodli qurilmaga o'xshaydi.
5. Yuqori tezlikli yoki inverter. Ushbu turdagi qurilma rekord darajada qisqa vaqt ichida - 5 dan 50 mikrosaniyagacha tushish qobiliyatiga ega.
6. Optotiristor. Uning ishi yorug'lik oqimi yordamida amalga oshiriladi.
7. Tiristor etakchi elektrod tomonidan boshqariladigan maydon.

Himoyani ta'minlash

Tiristorlar juda muhim qurilmalar ro'yxatiga kiritilgan tezligining o'zgarishiga ta'sir qiladi oldinga oqimni oshirish. Ham diodlar, ham tiristorlar teskari tiklash oqimining oqimi jarayoni bilan ajralib turadi. Uning tezligining keskin o'zgarishi va nolga tushishi haddan tashqari kuchlanish xavfini oshiradi.

Bundan tashqari, ushbu qurilmani loyihalashda haddan tashqari kuchlanish tizimning turli qismlarida, masalan, kichik o'rnatish indüktanslaridagi kuchlanishning to'liq yo'qolishi tufayli paydo bo'lishi mumkin.

Yuqoridagi sabablarga ko'ra, aksariyat hollarda ushbu qurilmalarning ishonchli himoyasini ta'minlash uchun har xil CPTP sxemalari qo'llaniladi. Ushbu sxemalar, dinamik rejimda, qurilmani qabul qilinmaydigan kuchlanish qiymatlari paydo bo'lishidan himoya qilishga yordam beradi.

Ishonchli himoya vositasi ham varistor ilovasi... Bu qurilma induktiv yuk chiqish nuqtalariga ulangan.

Eng umumiy ko'rinishida, tiristor kabi qurilmadan foydalanish mumkin quyidagi guruhlarga bo'linadi:

Tiristor chegaralari

Ushbu qurilmaning har qanday turi bilan ishlashda ma'lum xavfsizlik qoidalariga rioya qilish, shuningdek, ba'zi zarur cheklovlarni eslab qolish kerak.

Masalan, triak kabi bunday turdagi qurilmaning ishlashi paytida induktiv yuk tushganda. Bunday holatda, cheklovlar ikkita asosiy element - uning anodlari va ish oqimi orasidagi kuchlanish darajasining o'zgarishi tezligiga bog'liq. Oqim va ortiqcha yuk ta'sirini cheklash uchun RC zanjiri qo'llaniladi.

Tiristor bir yo'nalishli tokni aylantirish uchun mo'ljallangan yarimo'tkazgichli qurilma turi (ya'ni, oqim faqat bir yo'nalishda uzatiladi).

Tiristor davri

Bu o'tkazgich ikkita barqaror holatga ega: yopiq (past o'tkazuvchanlik holati) va ochiq (yuqori o'tkazuvchanlik holati). Tiristorning maqsadi - elektr kalit vazifasini bajarish, uning o'ziga xos xususiyati - yopiq holatga mustaqil o'tish imkonsizligi. Qurilma shahar tarmoqlarida ochiq elektron kalit va to'g'rilash diodining vazifalarini bajaradi. Ushbu yarimo'tkazgichli qurilmani ishlab chiqarishda asosiy material kremniydir. Koson polimer materiallardan yoki metalldan yasalgan - yuqori tok bilan ishlaydigan modellar uchun.

Tiristor qurilmasi va ilovalari

Qurilma 3 elektrodni o'z ichiga oladi:

• anod;
• katod;
• nazorat elektrodlari.

Ikki qavatli dioddan farqli o'laroq, tiristor 4 qatlamdan iborat-p-n-p-n. Ikkala qurilma ham oqimni bir yo'nalishda uzatadi. Ko'pgina eski modellarda uning yo'nalishi uchburchak bilan ko'rsatilgan. Tashqi kuchlanish katod elektrodiga "-" belgisi bilan beriladi (n-tipli elektr o'tkazuvchanligi bo'lgan maydon), "+"-anod elektrodiga (p-tipli elektr o'tkazuvchanligi bo'lgan maydon).

Tiristorlar invertorlarni payvandlashda, avtomobil zaryadlovchisining quvvat manbalarida, generatorlarda, nurga ta'sir qiladigan oddiy signalizatsiya qurilmasida ishlatiladi.

Tiristorlarning ishlash printsipi

Ixtisoslashtirilgan adabiyotlarda tiristor "bir martalik" deb nomlanadi va u to'liq boshqarilmaydigan radio komponentlar guruhiga kiradi. Boshqarish ob'ektidan ma'lum bir qutbli pulsni olganda u faol holatga aylanadi. Faollashtirish va keyingi ishlash tezligiga quyidagilar ta'sir qiladi.

• yukning tabiati - induktiv, reaktiv;
• yuk oqimining qiymati;
• nazorat pulsining o'sish tezligi va amplitudasi;
• qurilma muhitining harorati;
• kuchlanish darajasi.

Bir holatdan ikkinchisiga o'tish nazorat signallari yordamida amalga oshiriladi. Tiristorni to'liq o'chirish uchun qo'shimcha qadamlar talab qilinadi. O'chirish bir necha usul bilan amalga oshiriladi:

• tabiiy o'chirish (tabiiy almashtirish);
• majburiy o'chirish (majburiy almashtirish), bu variant ko'p jihatdan amalga oshirilishi mumkin.

Ish paytida elektr va harorat xususiyatlarining farqi bilan qo'zg'aladigan bir pozitsiyadan ikkinchisiga rejasiz o'tish mumkin.

Tasniflash belgilari

Tekshirish usuliga ko'ra, tiristorlarning quyidagi turlari ajratiladi:

Diod (dinistorlar)

Ular anod va katodga qo'llaniladigan yuqori kuchlanishli impuls bilan faollashadi. Dizayn ikkita elektrodni o'z ichiga oladi, nazorat qilinmaydi.

Triod (SCR)

Ular ikki guruhga bo'lingan. Birinchisida nazorat kuchlanishi katod va nazorat elektrodiga, ikkinchisida - anod va nazorat elektrodiga beriladi.

Triak

Ular parallel ulangan ikkita tiristor vazifasini bajaradi.

Optotiristorlar

Ularning ishlashi yorug'lik oqimi ta'siri ostida amalga oshiriladi. Boshqarish elektrodining vazifasi fotosel orqali bajariladi.

Teskari o'tkazuvchanlik bo'yicha tiristorlar quyidagilarga bo'linadi.

• orqaga o'tkazish;
• orqa o'tkazmaydigan;
• standart bo'lmagan teskari kuchlanish qiymati bilan;
• oqimlarni ikki yo'nalishda o'tkazish.

Sotib olayotganda e'tiborga olish kerak bo'lgan tiristorlarning asosiy xususiyatlari

• Maksimal ruxsat etilgan oqim. Bu qiymat ochiq tiristor oqimining eng yuqori qiymatini tavsiflaydi. Kuchli qurilmalar uchun bu bir necha yuz amper.
• Maksimal ruxsat etilgan teskari oqim.
• To'g'ridan -to'g'ri kuchlanish. Tiristorning bu parametri mumkin bo'lgan maksimal oqimdagi kuchlanish pasayishiga teng.
• Teskari kuchlanish. Bu yopiq holatdagi qurilmadagi ruxsat etilgan maksimal kuchlanishni tavsiflaydi, bunda u o'z vazifalarini bajarish qobiliyatini yo'qotmaydi.
• Yoqish kuchlanishi. Bu tiristor ishlashi mumkin bo'lgan eng kichik qiymat.
• Minimal eshik oqimi. Qurilmani faollashtirish uchun etarli bo'lgan oqim miqdoriga teng.
• Maksimal ruxsat etilgan quvvat sarflanishi.

Tiristorning xizmat ko'rsatishga yaroqliligini tekshirish

Qurilmani bir necha usulda sinab ko'rish mumkin, ulardan biri quyida ko'rsatilgan sxema bo'yicha yig'ilgan maxsus uy qurilishi sinov qurilmasidan foydalaniladi.