Τα θυρίστορ είναι ηλεκτρονικά κλειδιά ισχύος που δεν ελέγχονται πλήρως. Συχνά στα τεχνικά βιβλία μπορείτε να δείτε ένα άλλο όνομα για αυτήν τη συσκευή - ένα θυρίστορ μίας λειτουργίας. Με άλλα λόγια, υπό την επίδραση ενός σήματος ελέγχου, μεταφέρεται σε μια κατάσταση - αγώγιμη. Πιο συγκεκριμένα περιλαμβάνει κύκλωμα. Για να το απενεργοποιήσετε, είναι απαραίτητο να δημιουργήσετε ειδικές συνθήκες που διασφαλίζουν ότι το συνεχές ρεύμα στο κύκλωμα πέφτει στο μηδέν.
Χαρακτηριστικά των θυρίστορ
Τα πλήκτρα θυρίστορ μεταφέρουν ηλεκτρικό ρεύμα μόνο προς την κατεύθυνση προς τα εμπρός και σε κλειστή κατάσταση μπορεί να αντέξει όχι μόνο προς τα εμπρός, αλλά και την αντίστροφη τάση. Η δομή του θυρίστορ είναι τεσσάρων επιπέδων, υπάρχουν τρεις έξοδοι:
- Άνοδος (σημειώνεται με το γράμμα Α).
- Κάθοδος (γράμμα C ή K).
- Ηλεκτρόδιο ελέγχου (U ή G).
Τα θυρίστορ έχουν μια ολόκληρη οικογένεια χαρακτηριστικών ρεύματος-τάσης, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να κρίνουν την κατάσταση του στοιχείου. Τα θυρίστορ είναι πολύ ισχυρά ηλεκτρονικά κλειδιά, μπορούν να αλλάζουν κυκλώματα στα οποία η τάση μπορεί να φτάσει τα 5000 βολτ και η ισχύς ρεύματος - 5000 αμπέρ (ενώ η συχνότητα δεν υπερβαίνει τα 1000 Hz).
Λειτουργία Thyristor σεΚυκλώματα συνεχούς ρεύματος
Ένα συμβατικό θυρίστορ ενεργοποιείται εφαρμόζοντας έναν παλμό ρεύματος στην έξοδο ελέγχου. Επιπλέον, πρέπει να είναι θετικό (σε σχέση με την κάθοδο). Η διάρκεια της μεταβατικής διαδικασίας εξαρτάται από τη φύση του φορτίου (επαγωγικό, ενεργό), το πλάτος και το ρυθμό ανόδου στο κύκλωμα ελέγχου παλμού ρεύματος, τη θερμοκρασία του κρυστάλλου ημιαγωγού, καθώς και το ρεύμα και την τάση που εφαρμόζεται στα θυρίστορ διαθέσιμο στο κύκλωμα. Τα χαρακτηριστικά του κυκλώματος εξαρτώνται άμεσα από τον τύπο του στοιχείου ημιαγωγού που χρησιμοποιείται.
Στο κύκλωμα στο οποίο βρίσκεται το θυρίστορ, η εμφάνιση υψηλού ρυθμού αύξησης τάσης είναι απαράδεκτη. Δηλαδή, μια τέτοια τιμή στην οποία το στοιχείο ενεργοποιείται αυθόρμητα (ακόμα και αν δεν υπάρχει σήμα στο κύκλωμα ελέγχου). Αλλά ταυτόχρονα, το σήμα ελέγχου πρέπει να έχει πολύ μεγάλη κλίση.
Τρόποι απενεργοποίησης
Μπορούν να διακριθούν δύο τύποι μεταγωγής θυρίστορ:
- Φυσικό.
- Αναγκαστικά.
Και τώρα με περισσότερες λεπτομέρειες για κάθε είδος. Φυσικό εμφανίζεται όταν το θυρίστορ λειτουργεί σε κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος. Επιπλέον, αυτή η εναλλαγή συμβαίνει όταν το ρεύμα πέσει στο μηδέν. Αλλά η εφαρμογή της αναγκαστικής εναλλαγής μπορεί να είναι ένας μεγάλος αριθμός διαφορετικών τρόπων. Το ποιος έλεγχος θυρίστορ να επιλέξει εξαρτάται από τον σχεδιαστή του κυκλώματος, αλλά αξίζει να μιλήσουμε για κάθε τύπο ξεχωριστά.
Ο πιο χαρακτηριστικός τρόπος αναγκαστικής εναλλαγής είναι η σύνδεσηένας πυκνωτής που είχε προφορτιστεί χρησιμοποιώντας ένα κουμπί (κλειδί). Το κύκλωμα LC περιλαμβάνεται στο κύκλωμα ελέγχου θυρίστορ. Αυτό το κύκλωμα περιέχει έναν πλήρως φορτισμένο πυκνωτή. Κατά τη μεταβατική διαδικασία, το ρεύμα κυμαίνεται στο κύκλωμα φορτίου.
Μέθοδοι αναγκαστικής εναλλαγής
Υπάρχουν αρκετοί άλλοι τύποι αναγκαστικής εναλλαγής. Συχνά χρησιμοποιείται ένα κύκλωμα που χρησιμοποιεί πυκνωτή μεταγωγής με αντίστροφη πολικότητα. Για παράδειγμα, αυτός ο πυκνωτής μπορεί να συνδεθεί στο κύκλωμα χρησιμοποιώντας κάποιου είδους βοηθητικό θυρίστορ. Σε αυτήν την περίπτωση, θα συμβεί εκκένωση στο κύριο (εργαζόμενο) θυρίστορ. Αυτό θα οδηγήσει στο γεγονός ότι στον πυκνωτή, το ρεύμα που κατευθύνεται προς το συνεχές ρεύμα του κύριου θυρίστορ θα βοηθήσει στη μείωση του ρεύματος στο κύκλωμα στο μηδέν. Επομένως, το θυρίστορ θα απενεργοποιηθεί. Αυτό συμβαίνει για τον λόγο ότι η συσκευή θυρίστορ έχει τα δικά της χαρακτηριστικά που είναι χαρακτηριστικά μόνο γι' αυτήν.
Υπάρχουν επίσης σχήματα στα οποία συνδέονται αλυσίδες LC. Αποφορτίζονται (και με αυξομειώσεις). Στην αρχή, το ρεύμα εκφόρτισης ρέει προς τον εργάτη και μετά την εξίσωση των τιμών τους, το θυρίστορ απενεργοποιείται. Μετά από αυτό, από την ταλαντευόμενη αλυσίδα, το ρεύμα ρέει μέσω του θυρίστορ σε μια δίοδο ημιαγωγού. Σε αυτή την περίπτωση, ενώ ρέει ρεύμα, εφαρμόζεται μια ορισμένη τάση στο θυρίστορ. Είναι modulo ίσο με την πτώση τάσης κατά μήκος της διόδου.
Λειτουργία θυρίστορ σε κυκλώματα AC
Εάν το θυρίστορ περιλαμβάνεται στο κύκλωμα AC, είναι δυνατό να πραγματοποιηθεί τέτοιαλειτουργίες:
- Ενεργοποιήστε ή απενεργοποιήστε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα με φορτίο ενεργού αντίστασης ή αντίστασης.
- Αλλάξτε τη μέση και πραγματική τιμή του ρεύματος που διέρχεται από το φορτίο, χάρη στη δυνατότητα προσαρμογής της ροπής του σήματος ελέγχου.
Τα πλήκτρα Thyristor έχουν ένα χαρακτηριστικό - διοχετεύουν ρεύμα μόνο σε μία κατεύθυνση. Επομένως, εάν πρέπει να τα χρησιμοποιήσετε σε κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος, πρέπει να χρησιμοποιήσετε σύνδεση back-to-back. Οι τιμές ενεργού και μέσου ρεύματος μπορεί να αλλάξουν λόγω του γεγονότος ότι η στιγμή που εφαρμόζεται το σήμα στα θυρίστορ είναι διαφορετική. Σε αυτήν την περίπτωση, η ισχύς του θυρίστορ πρέπει να πληροί τις ελάχιστες απαιτήσεις.
Μέθοδος ελέγχου φάσης
Στη μέθοδο ελέγχου φάσης εξαναγκασμένου τύπου, το φορτίο ρυθμίζεται αλλάζοντας τις γωνίες μεταξύ των φάσεων. Η τεχνητή μεταγωγή μπορεί να πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας ειδικά κυκλώματα ή είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν πλήρως ελεγχόμενα (κλειδωμένα) θυρίστορ. Στη βάση τους, κατά κανόνα, κατασκευάζεται ένας φορτιστής θυρίστορ, ο οποίος σας επιτρέπει να ρυθμίζετε την τρέχουσα ισχύ ανάλογα με το επίπεδο φόρτισης της μπαταρίας.
Έλεγχος πλάτους παλμού
Το αποκαλούν επίσης διαμόρφωση PWM. Κατά το άνοιγμα των θυρίστορ δίνεται σήμα ελέγχου. Οι διασταυρώσεις είναι ανοιχτές και υπάρχει κάποια τάση στο φορτίο. Κατά το κλείσιμο (κατά τη διάρκεια ολόκληρης της μεταβατικής διαδικασίας) δεν εφαρμόζεται σήμα ελέγχου, επομένως τα θυρίστορ δεν μεταφέρουν ρεύμα. Κατά την εφαρμογήΗ καμπύλη ρεύματος ελέγχου φάσης δεν είναι ημιτονοειδής, υπάρχει αλλαγή στην κυματομορφή της τάσης τροφοδοσίας. Κατά συνέπεια, υπάρχει επίσης παραβίαση της εργασίας των καταναλωτών που είναι ευαίσθητοι σε παρεμβολές υψηλής συχνότητας (εμφανίζεται ασυμβατότητα). Ένας ρυθμιστής θυρίστορ έχει απλό σχεδιασμό, ο οποίος θα σας επιτρέψει να αλλάξετε την απαιτούμενη τιμή χωρίς προβλήματα. Και δεν χρειάζεται να χρησιμοποιήσετε τεράστια LATR.
Thyristors με δυνατότητα κλειδώματος
Τα θυρίστορ είναι πολύ ισχυροί ηλεκτρονικοί διακόπτες που χρησιμοποιούνται για την εναλλαγή υψηλών τάσεων και ρευμάτων. Αλλά έχουν ένα τεράστιο μειονέκτημα - η διαχείριση είναι ελλιπής. Πιο συγκεκριμένα, αυτό εκδηλώνεται από το γεγονός ότι για να απενεργοποιηθεί το θυρίστορ είναι απαραίτητο να δημιουργηθούν συνθήκες κάτω από τις οποίες το συνεχές ρεύμα θα μειωθεί στο μηδέν.
Αυτή η δυνατότητα είναι που επιβάλλει ορισμένους περιορισμούς στη χρήση θυρίστορ και επίσης περιπλέκει τα κυκλώματα που βασίζονται σε αυτά. Για να απαλλαγούμε από τέτοιες ελλείψεις, αναπτύχθηκαν ειδικά σχέδια θυρίστορ, τα οποία κλειδώνονται με ένα σήμα κατά μήκος ενός ηλεκτροδίου ελέγχου. Ονομάζονται θυρίστορ διπλής λειτουργίας ή κλειδώματος.
Σχέδιο θυρίστορ με δυνατότητα κλειδώματος
Η δομή τεσσάρων επιπέδων p-p-p-p των θυρίστορ έχει τα δικά της χαρακτηριστικά. Τα κάνουν διαφορετικά από τα συμβατικά θυρίστορ. Τώρα μιλάμε για την πλήρη δυνατότητα ελέγχου του στοιχείου. Το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης (στατικό) στην προς τα εμπρός κατεύθυνση είναι το ίδιο με αυτό των απλών θυρίστορ. Αυτό είναι απλώς ένα θυρίστορ συνεχούς ρεύματος μπορεί να περάσει πολύ μεγαλύτερη τιμή. Αλλάδεν παρέχεται η λειτουργία μπλοκαρίσματος μεγάλων αντίστροφων τάσεων για θυρίστορ που κλειδώνουν. Επομένως, είναι απαραίτητο να το συνδέσετε πλάτη με πλάτη με μια δίοδο ημιαγωγών.
Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα ενός θυρίστορ που κλειδώνει είναι η σημαντική πτώση των τάσεων προς τα εμπρός. Για να γίνει διακοπή λειτουργίας, θα πρέπει να εφαρμοστεί ένας ισχυρός παλμός ρεύματος (αρνητικός, σε αναλογία 1:5 προς την τιμή συνεχούς ρεύματος) στην έξοδο ελέγχου. Αλλά μόνο η διάρκεια του παλμού πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μικρότερη - 10 … 100 μs. Τα θυρίστορ που κλειδώνουν έχουν χαμηλότερη οριακή τάση και ρεύμα από τα συμβατικά. Η διαφορά είναι περίπου 25-30%.
Τύποι θυρίστορ
Τα με δυνατότητα κλειδώματος συζητήθηκαν παραπάνω, αλλά υπάρχουν πολλοί ακόμη τύποι θυρίστορ ημιαγωγών που αξίζει επίσης να αναφερθούν. Μια μεγάλη ποικιλία σχεδίων (φορτιστές, διακόπτες, ρυθμιστές ισχύος) χρησιμοποιούν ορισμένους τύπους θυρίστορ. Κάπου απαιτείται ο έλεγχος να γίνεται με παροχή ρεύματος φωτός, που σημαίνει ότι χρησιμοποιείται οπτοθυρίστορ. Η ιδιαιτερότητά του έγκειται στο γεγονός ότι το κύκλωμα ελέγχου χρησιμοποιεί έναν ημιαγωγό κρύσταλλο που είναι ευαίσθητος στο φως. Οι παράμετροι των θυρίστορ είναι διαφορετικές, όλες έχουν τα δικά τους χαρακτηριστικά, χαρακτηριστικά μόνο γι 'αυτούς. Επομένως, είναι απαραίτητο, τουλάχιστον σε γενικές γραμμές, να κατανοήσουμε ποιοι τύποι αυτών των ημιαγωγών υπάρχουν και πού μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Λοιπόν, εδώ είναι ολόκληρη η λίστα και τα κύρια χαρακτηριστικά κάθε τύπου:
- Δίοδος-θυρίστορ. Το ισοδύναμο αυτού του στοιχείου είναι ένα θυρίστορ, με το οποίο συνδέεται αντιπαράλληλαδίοδος ημιαγωγών.
- Dinistor (θυρίστορ διόδου). Μπορεί να γίνει πλήρως αγώγιμο εάν ξεπεραστεί ένα συγκεκριμένο επίπεδο τάσης.
- Triac (συμμετρικό θυρίστορ). Το ισοδύναμό του είναι δύο θυρίστορ συνδεδεμένα αντιπαράλληλα.
- Το θυρίστορ μετατροπέα υψηλής ταχύτητας έχει υψηλή ταχύτητα μεταγωγής (5… 50 µs).
- Θερίστορ ελεγχόμενου με τρανζίστορ πεδίου. Μπορείτε συχνά να βρείτε σχέδια που βασίζονται σε MOSFET.
- Οπτικά θυρίστορ ελεγχόμενα από φωτεινές ροές.
Εφαρμογή προστασίας στοιχείων
Τα θυρίστορ είναι συσκευές που είναι κρίσιμες για τους ρυθμούς περιστροφής του μπροστινού ρεύματος και της μπροστινής τάσης. Αυτά, όπως οι δίοδοι ημιαγωγών, χαρακτηρίζονται από ένα φαινόμενο όπως η ροή αντίστροφων ρευμάτων ανάκτησης, η οποία πολύ γρήγορα και απότομα πέφτει στο μηδέν, επιδεινώνοντας έτσι την πιθανότητα υπέρτασης. Αυτή η υπέρταση είναι συνέπεια του γεγονότος ότι το ρεύμα σταματά απότομα σε όλα τα στοιχεία κυκλώματος που έχουν αυτεπαγωγή (ακόμη και εξαιρετικά χαμηλές επαγωγές τυπικές για εγκατάσταση - καλώδια, ράγες σανίδων). Για την εφαρμογή προστασίας, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε μια ποικιλία σχημάτων που σας επιτρέπουν να προστατεύεστε από υψηλές τάσεις και ρεύματα σε δυναμικούς τρόπους λειτουργίας.
Κατά κανόνα, η επαγωγική αντίσταση της πηγής τάσης που εισέρχεται στο κύκλωμα ενός λειτουργούντος θυρίστορ έχει τέτοια τιμή που είναι υπεραρκετή ώστε να μην περιλαμβάνει κάποια επιπλέονεπαγωγή. Για το λόγο αυτό, στην πράξη, χρησιμοποιείται συχνότερα μια αλυσίδα σχηματισμού διαδρομής μεταγωγής, η οποία μειώνει σημαντικά την ταχύτητα και το επίπεδο υπέρτασης στο κύκλωμα όταν το θυρίστορ είναι απενεργοποιημένο. Τα κυκλώματα χωρητικής αντίστασης χρησιμοποιούνται συχνότερα για το σκοπό αυτό. Συνδέονται παράλληλα με το θυρίστορ. Υπάρχουν αρκετοί τύποι τροποποιήσεων κυκλώματος τέτοιων κυκλωμάτων, καθώς και μέθοδοι υπολογισμού τους, παράμετροι για τη λειτουργία θυρίστορ σε διάφορους τρόπους και συνθήκες. Αλλά το κύκλωμα για το σχηματισμό της τροχιάς μεταγωγής του θυρίστορ που κλειδώνει θα είναι το ίδιο με αυτό των τρανζίστορ.
