Тиристор википедия: Недопустимое название — Викисловарь

Тиристор — Викизнание… Это Вам НЕ Википедия!

Тири́стор (греч. θυρα — дверь, вход и англ. resistor — резистор) — полупроводниковый электронный прибор, включающий 3 или 4 электронно-дырочных перехода, предназначенный для управления током. В отличие от транзисторов, тиристоры работают только в ключевом режиме.

Принцип действия тиристора[править]

Тиристор имеет два силовых контакта, пропускающих рабочий ток (катод и анод) и могут иметь управляющий электрод. Тиристор может находиться в двух состояниях: закрытом и открытом. Эти состояния обладают существенно различным сопротивлением между силовыми электродами. В закрытом состоянии сопротивление велико и ток через тиристор не идёт. Открывается тиристор при достижении между силовыми электродами напряжения открывания или током на управляющем электроде. В открытом состоянии сопротивление тиристора резко падает и он проводит ток. Закрытие тиристора происходит при отключении тока или смене его направления.

Разновидности тиристоров[править]

Функционально тиристоры разделяются по способности управлять током в разных направлениях на несимметричные (запираемые и проводящие в обратном направлении) и симметричные, и также имеющие управляющий электрод (электроды) и не имеющие его.

Тиристоры несимметричные (асимметричные) проявляют переключательные свойства для тока в одном направлении. В соответствии с направлением, к котором тиристор может управлять током, силовые электроды именуются катодом и анодом (отрицательный и положительный электроды соответственно). Запираемые в обратном направлении тиристоры при обратной полярности приложенного напряжения закрыты (ток не проводят). Таких тиристоров большинство. Проводящие в обратном направлении при обратной полярности открыты.

Тиристоры симметричные (симисторы) проявляют переключательные свойства одинаково в обоих направлениях. Симметричные тиристоры подобны паре асимметричных, включённых встречно параллельно, так что один работает в одном направлении, другой — в другом.

Неуправляемые тиристоры (диодные тиристоры, динисторы, диоды Шокли)

, переключаются на фиксированных порогах напряжения (заданных производителем). Неуправляемые симисторы также называются диаками.

Управляемые тиристоры (триодные тиристоры, тринисторы), имеют дополнительный электрод, который при помощи малого тока позволяет в широких пределах управлять порогами переключения. Как правило управляющий электрод позволяет управлять порогом отпирания, снижая его вплоть до нуля, что позволяет его включать в произвольный момент времени, однако не позволяет его выключить. Выключение тиристоров при этом происходит только при отключении тока или смене его направления. Существуют и выключаемые тиристоры, управляющий электрод которых позволяет управлять также порогом выключения. Управляемые симисторы, также называются триаками.

  1. Большая советская энциклопедия, ст. Тиристор [1].

Тиристор – энциклопедия VashTehnik.ru

Тиристор – это твердотельный полупроводниковый прибор-ключ, обнаруживающий два устойчивых состояния с низкой и высокой проводимостью и содержащий четыре полупроводниковые области с разными и чередующимися типами проводимости. В зависимости от способа переключения конструкции различаются. Оригинальный тиристор представляет двойной полупроводниковый диод с управляемым электродом – в понимании разработчиов устройства.

История создания тиристора

Согласимся, определение тиристора сложное и способно вызывать непонимание. Среди разработчиков прибора бытовало мнение о возможности управляемого диода: прибора, не пропускающего обратный ток, проводящего прямой исключительно по команде. Описан классический тиристор. С односторонней проводимостью и управляемым электродом, ток которого сильно влияет на процесс переключения (перехода в открытое состояние).

Википедия отдаёт приоритет идее тиристора Вильяму Шокли. Якобы высказанной в 1950-м году. Авторы искали и нашли красочный рассказ в противовес упомянутому. В 2014 году, один из создателей тиристора Фрэнк «Билл» Гутцвиллер поделился с общественностью историей. Вопросов немало:

  1. Кто считается разработчиком.
  2. Где найти номер патента на тиристор.

Винтовой тиристор

Вопросы удивляют, ведь прибор активно вытесняет транзистор из сфер жизненного пространства. Подобные разновидности используются в качестве ключей и регуляторов в составе бытовой техники. Гутцвиллер присоединился к корпорации Дженерал Электрик в 1955 году. Тогда инженер читал лекции, считал Святым Граалем воплощение идеи управляемого выпрямителя. Подразумевался не твердотельный полупроводниковый диод, но прибор, способный контролировать пропускаемый ток в зависимости от управляющего напряжения. Представлялся как аналог:

  • Тиратрона. Обозначает группу приборов, отличие которой от электронных ламп в наличии газового наполнителя внутри трубки. В обычном случае средний электрод-сетка зажигает дугу, чтобы ток проходил на выход. В вакуумных лампах происходит обратное, где отрицательный потенциал управляющего контакта запирает путь электронам.
  • Мотора-генератора. Читателям Википедии термин непонятен, подобного в русскоязычном доме нет. Вкратце скажем – это приспособление для преобразования постоянного тока в переменный, и наоборот. Причём устройство изолирует две цепи, когда двигатель не работает. Понятие изложено в теме про сварочные инверторы.
  • Ртутного вентиля с сеточным управлением. О приборе сказано в Большой энциклопедии, в разделе нефти и газы. Принцип действия похож на тиратрон. Потенциал управляющего электрода управляет временем возникновения дугового разряда в газовой среде.

Итак, идея на момент 1955 года уже существовала. Это не противоречит утверждению, что высказать её мог Вильям Шокли, разработчик первого транзистора. По мнению Гутцвиллера, новое изобретение заменило бы перечисленные, открыв новые сферы применения электроники, включая области военной направленности. Задача была поставлена, и когда инженеры Лабораторий Белла опубликовали технические данные на pnpn-диод, Гордон Холл уразумел, что это напоминает решение поставленной задачи. Персонал начал пробовать новинку, в итоге создав силовой прибор с третьим электродом, при помощи которого происходило влияние на процесс переключения.

Управляемый диод

Когда Гордон принёс Гутцвиллеру вновь созданный управляемый диод, появились мысли о лучшем применении. Для проб избрали электрический двигатель. В магазине купили ручную дрель. Тогда электрический инструмент обнаруживал единственную скорость.

В лаборатории Гутцвиллер собрал простую схему запуска, куда включил потенциометр и новое изобретение. Питание на дрель подавалось через ключ. Инженер получил цепь управления скоростью коллекторного двигателя через изменяемое сопротивление тиристорного ключа. Это и сегодня применяется в кухонных комбайнах. Вращая ручку потенциометра, исследователь отмечал плавный разгон шпинделя. Неслыханно по тем временам.

Немедленно учёный собрал диммер и стал смотреть, как изменяет накал спираль обычной лампочки. Гордон и Рэй Йорк обрадовались наглядной демонстрации и сразу отзвонились в Сиракузы по поводу успеха. Группе инженеров позволили работать исключительно над новым тиристором. За несколько недель был разработан вариант для сетевого напряжения 120 В для управления током на 16 А. Любопытно, что изобретение не засекречивали, и мир узнал о нем из свободной печати (даже с фотографиями). Дженерал Электроникс анонсировало изобретение, скоро появилась заметка в Бизнес Уик.

Учёного завалили телефонными звонками с целью добиться подробностей устройства тиристора. Гутцвиллер занялся написанием статей для журналов и газет, выпустил собрание первых применений для тиристора на 50 страницах. Потом издание Controlled Rectifier Manual выросло до 400 страниц и претерпело 9 изданий. Перевод выполнялся на ограниченное число языков, но желающие поймут суть из оригинальной версии.

Триак

Потом организовали целый отдел для исследований по упомянутой теме. Чуть позднее последовало изобретение триака. Пусть Гутцвиллер получил 20 патентов в указанной области, авторы не видят в числе них главного – на тиристор. Присутствуют все основания утверждать, что тиристор – чрезвычайно загадочное изобретение.

Как работает тиристор

Легко представить тиристор pnpn, как pnp-транзистор, за коллекторным переходом которого дополнительный слой n полупроводника, либо npn-транзистор, перед эмиттером которого находится p-область. В результате ток здесь течёт в единственном направлении, причём в момент, когда на базе присутствует отрицательное управляющее напряжение. По характеристикам прибора видно: чем выше потенциал управления, тем при меньшем напряжении на выходе потечёт ток.

Тиристор без управляющего электрода работает на эффекте обратимого пробоя центрального p-n-перехода. В таком режиме, кстати, часто используются и кремниевые транзисторы, когда включаются в цепь двумя электродами из трёх. Ток потечёт, пока не понизится напряжение ниже удержания лавинного пробоя. Подача управляющего напряжения значительно снижает уровень развития явления. Причём лавинный пробой продолжает идти, даже если с базы окончательно убрать потенциал. Этим тиристоры выгодно отличаются от транзисторов, работают в принципиально ином стиле.

Раз эффект лавинного пробоя сохраняется, напряжение в силовой цепи предполагается повышенное (чтобы хватило), вдобавок экономится энергия управляющей цепи. Для указанной цели годятся импульсы, апеллируя к цифровой электронике. На практике часто в этом качестве используются генераторы несинусоидального сигнала. Чтобы запереть тиристор, требуется подать напряжение обратной полярности на управляющий электрод.

Читатели спрашивают, отчего лавинный пробой возможен лишь в единственном направлении. Действительно, структура тиристора симметричная, впрочем, исключительно на картинке. Когда прикладывается ток другой полярности, потребуется уже пробить два p-n-перехода, подобный эффект пока в литературе не описан. Массу интереса вызвало и новое изобретение Гутцвиллера.

Три вывода тиристора

Гораздо более интересным образом устроен триак. В русскоязычной литературе называется симистором от термина «симметричный тиристор». Прибор способен проводить в определённых условиях ток в любом направлении. Учёный говорит: однажды поздно ночью он подумал, что возможно аналогичным образом собрать прибор из пяти чередующихся областей с разным типом проводимости и укороченным эмиттером. Набросал скетч, принёс в лабораторию, где работоспособность подтвердилась. Термин произошёл от tri – количество электродов и ac – переменный ток.

Схема контролировала обе полуволны сетевого напряжения. Сегодня на триаках работает большинство диммеров для систем освещения. Неплохо, учитывая, что уже прошло минимум четыре десятка лет. На триак, в отличие от тиристора, за именем Гутцвиллера выдан патент под номером 3275909 от 27 сентября 1966 года. В этом косвенно видим подтверждение написанного выше – истинный изобретатель не застолбил собственное право на управляемый выпрямитель.

На кристалле триак представляет два тиристора, включённых навстречу, причём разделенные физически. Единственной общей точкой становится база. Каждый контакт подходит сразу к областям двух типов n и p, к обоим тиристорам одновременно. На положительной полуволне работает первый, а на отрицательной – второй. Напряжение базы управляет обоими по очереди. Сюда подаётся переменное напряжение с фазного анода, уменьшенного номинала. Потенциометром возможно регулировать результирующую амплитуду, изменяя интенсивность освещения, скорость вращения двигателя и прочие параметры.

Прибор способен аналогично работать в избранных условиях и в режиме лавинного пробоя. Причём в обе стороны. Остальные сказки оставьте для профессоров. Триак изобрёл человек, не смыслящий в полупроводниковой технике. А значит, работу прибора нужно объяснять в иных категориях.

Что такое диак

Часто триака идёт рука об руку с диаком. Гутцвиллер использовал подобные технические решения. Это тиристор, работающий без управляющего электрода исключительно в режиме лавинного пробоя. Конструкция идентична. Происхождение термина понятно: di – два электрода + ac – переменный ток. Лавинный пробой успешно наступает в обоих направлениях.

Квадрак (перевод – авторский) представляет собой комбинацию триака и диака. В практических применениях удобно использовать эти устройства вместе. В частности, диак сумел бы формировать напряжения для переключения триака. Логично соединить их в общем корпусе. Про происхождение термина умолчим, оно очевидно.

ТЭГИ 2

ТЭГИ 2

ТЕГИ  2

диоды цена

диод 1n4001

туннельный диод

диоды шотки

купить диоды

стабилитрон

диодный мост

диоды купить

диод 1n4148

высокочастотные диоды

купить диод

диоды маркировка

вакуумный диод

импульсный диод

диод купить

диоды импортные

диод ганна

импульсные диоды

диоды выпрямительные

диод маркировка

мощные диоды

диод д226

выпрямительные диоды

диод шотки

полупроводниковый диод ганна

выпрямительный диод

высоковольтные диоды

диод 1n4007

полупроводниковые диоды

полупроводниковый диод

диоды

диод

д132-80

терморегулятор на симисторе

параметры симисторов

lbjls

работа тиристора

управление симистором схема

регулятор напряжения симисторе

схемы на симисторах

справочник по симисторам

регулятор на симисторе

силовые модули

управление симисторами

симисторный регулятор

схема управления симистором

схемы управления симисторами

управление симистором

тиристор

схемы на тиристорах

блок управления тиристорами

схемы управления тиристорами

управление тиристорами

nbhbcnjh

справочник по тиристорам

схема управления тиристором

управление тиристором

тиристор

тиристор т161

тиристор тл

тиристор т-50

тиристор т142

тиристор т253

тиристор ку221

тиристор лавинный

тиристор т142-80

тиристор т143-500

тиристор вт151

тиристор силовой

тиристор проверка

тиристор оптронный

тиристор тб

тиристор ку112

тиристор т10-25

тиристор вт 151

тиристор вместо реле

управляемый тиристор

тиристор т50

тиристор т-25

тиристор ку101

тиристор bt151

тиристор фото

тиристор вместо диода

оптронный тиристор

тиристор ку202н цоколевка

т160 тиристор

тиристор т122

проверить тиристор

тиристор т143

тиристор справочник

тиристор википедия

купить тиристор

тиристор т122-25

силовой тиристор

тиристор ку 202

тиристор т-160

тиристор купить

тиристор характеристики

тиристор е122-25-3

триодный тиристор

тиристор т25

тиристор схема включения

запираемый тиристор

тиристор т160

тиристор схема

тиристор принцип работы

как проверить тиристор

тиристор ку202

тиристор ку202н

тиристоры

куплю силовые тиристоры

тиристоры параметры

тиристоры тб

оптронные тиристоры

тиристоры т160

тиристоры каталог

высоковольтные тиристоры

силовые тиристоры справочник

тиристоры реферат

высокочастотные тиристоры

купить тиристоры

тиристоры принцип работы

тиристоры ку202

тиристоры оптронные

зарубежные тиристоры

тиристоры характеристики

справочник тиристоры

импортные тиристоры

импортные тиристоры справочник

тиристоры купить

куплю тиристоры

тиристоры и симисторы

тиристоры импортные

мощные тиристоры

запираемые тиристоры

тиристоры силовые

силовые тиристоры

тиристоры справочник

тиристоры

тиристора

проверка тиристора тестером

схема проверки тиристора

параметры тиристора

включение тиристора

обозначение тиристора

устройство тиристора

схема тиристора

принцип действия тиристора

работа тиристора

схема включения тиристора

вах тиристора

проверка тиристора

принцип работы тиристора

тиристоров

схема для проверки тиристоров

аналоги тиристоров

схема проверки тиристоров

проверка мощных тиристоров

схемы включения тиристоров

обозначение тиристоров

прибор для проверки тиристоров

цоколевка тиристоров

характеристики тиристоров

применение тиристоров

параметры тиристоров

проверка тиристоров

справочник тиристоров

каталог тиристоров

маркировка тиристоров

симистор

управление на симистор

симистор z0607

симистор купить

симистор ку208

симистор тс106-10

симистор bt139

симистор вт 136

симистор ку208г

симистор схема включения

купить симистор

симистор тс

симистор вместо реле

симистор тс 160

симистор проверка

симистор это

проверить симистор

симистор принцип работы

как проверить симистор

симистор

т161

тиристор т161-160 цена

т161-200

т161-160 параметры

тиристор т161

т161-160

тиристор т161-160

диоды

диоды киев

диоды быстрые

продам диоды

диоды полупроводниковые

диоды большой мощности

диоды в авто

диоды параметры

диоды 1n4148

диоды на авто

где купить диоды

диоды кд

диоды д226

диоды автомобильные

тунельные диоды

ультрабыстрые диоды

автомобильные диоды

диоды отечественные

диоды в фары

диоды лавинные

авто диоды

точечные диоды

смд диоды

смесительные диоды

обращенные диоды

сварочные диоды

сверхяркие диоды

чип диоды

диоды каталог

led диоды

диоды для сварки

быстродействующие диоды

ограничительные диоды

полупроводниковые диоды реферат

диоды мощные

светоизлучающие диоды

ик диоды

диоды ганна

диоды в габариты

отечественные диоды

диоды для авто

быстрые диоды

детекторные диоды

свето диоды

туннельные диоды

кремниевые диоды

лавинные диоды

диоды высоковольтные

tvs диоды

мощные выпрямительные диоды

импортные диоды

куплю диоды

свч диоды

германиевые диоды

силовые диоды каталог

зарубежные диоды

куплю диоды силовые

куплю силовые диоды

диоды силовые

диоды в200

диоды в-200

силовые диоды справочник

справочник диоды

силовые диоды

диод

диод д214

диод fr307

4007 диод

диод д232

диод д242а

диод д310

диод д237

диод in4004

диод в-50

диод 1а

диод 2д212а

диод д305

диод д247

фото диод

диод 2д213а

диод кд

диод s4

диод ss14

диод вд 200

ограничительный диод

диод 1n4002

диод высоковольтный

диод д237б

диод кд521а

1n4007 диод

диод in5822

диод кд202р

диод д7ж

диод д311

светоизлучающий диод

д18 диод

д245 диод

диод полупроводниковый

диод в-25

диод в10

исправный диод

диод кд213

диод фото

n4007 диод

свч диод

диод д20

мощный диод

диод шотке

диод кд521

диод д223

диод схема

диод кд213а

диод вах

диод in5408

диод д231

диод катод

диод в50

диод кд105

диод в-200

диод д243

диод кд202

диод д245

лавинно пролетный диод

диод n4007

электровакуумный диод

диод 4148

диод 10а

диод анод катод

диод fr207

ламповый диод

pin диод

тунельный диод

идеальный диод

диод д226б

диод выпрямительный

защитный диод

диод кд226

диод д18

диод д220

диод 4007

высоковольтный диод

диод 1n4004

точечный диод

диод кд522

диод принцип работы

диод 1n5408

диод википедия

tvs диод

диод д9

диод вики

диод д242

кремниевый диод

лавинный диод

обращенный диод

диод гп

диод обозначение

диод это

германиевый диод

диод цена

диод зенера

диод в200

диод in4007

диод вл-10

купить диод

диод купить

диод силовой

диод дл161-200

диод д161-250

диод д161

тиристорный диод

диод дл

управляемый диод

диод справочник

силовой диод

симисторы

симисторы купить

симисторы каталог

симисторы силовые

симисторы мощные

силовые симисторы

симисторы bta

импортные симисторы

симисторы отечественные

симисторы импортные справочник

тиристоры и симисторы

мощные симисторы

симисторы импортные

симисторы справочник

симисторы

симистора

аналог симистора

схема подключения симистора

работа симистора

симистора

подключение симистора

включение симистора

вах симистора

принцип работы симистора

схема включения симистора

проверка симистора

д161

д161

диод д161-250

диод д161

диод д161-200

д161-200

д161-250

д161-320

диодов

маркировки диодов

разновидность диодов

марки диодов

производители диодов

справочник импортных диодов

параметры импортных диодов

маркировка лазерных диодов

разновидности диодов

характеристика диодов

диодов

последовательное соединение диодов

параллельное соединение диодов

таблица диодов

применение диодов

проверка диодов

корпуса диодов

аналоги диодов

обозначения диодов

цветовая маркировка диодов

классификация диодов

типы диодов

обозначение диодов

каталог диодов

характеристики диодов

параметры диодов

виды диодов

справочник диодов

маркировка диодов

справочник

диоды справочник скачать

справочник по силовым диодам

справочник по силовым тиристорам

импортные диоды справочник

диоды импортные справочник

диод справочник

справочник диоды

справочник по диодам

диоды справочник

диода

аналог диода 1n4148

подключение диода

аналог диода 1n4007

катод диода

анод диода

проверка диода

работа диода

вах полупроводникового диода

пробой диода

характеристики диода

вид диода

характеристика диода

эквивалентная схема диода

ток насыщения диода

обратный ток диода

принцип действия диода

параметры диода

маркировка диода

схема диода

устройство диода

дифференциальное сопротивление диода

сопротивление диода

полярность диода

диода

обозначение диода

принцип работы диода

вах диода

шоттки

шоттки диод

диод шоттки википедия

импортные диоды шоттки

мощные диоды шоттки

диоды шоттки справочник

диоды шоттки

диод шоттки

силовые

силовые симисторы

силовые диоды каталог

симисторы силовые

куплю диоды силовые

куплю силовые диоды

силовые модули

силовые диоды справочник

диоды силовые

силовые диоды

Smd

smd diode

диоды smd

диод smd

smd диод

smd диоды

характеристики

диод д242 характеристики

диод в200 характеристики

диод д226 характеристики

диод характеристики

диод д226б характеристики

диоды характеристики

Тиристоры, Тринисторы, Симисторы | ElWiki

Введение

Тиристоры и симисторы — это ключевые полупроводниковые элементы, которые могут находиться в одном из двух устойчивых состояний — проводящем (открытом) и непроводящем (закрытом). Перевод из непроводящего в проводящее состояние осуществляется относительно слабым постоянным или импульсным сигналом.

Эти свойства обуславливают основное предназначение тиристоров и симисторов как ключевых элементов для коммутации токов в нагрузке. В отличие от контактных коммутаторов — электромеханических реле, пускателей и контакторов — тиристоры и симисторы осуществляют бесконтактную коммутацию тока в нагрузке со всеми вытекающими из этого положительными последствиями.

Тиристоры в открытом состоянии проводят ток только в одном направлении, симисторы — в двух. Таким образом, один симистор может заменить два встречно-параллельно включенных тиристора. Поэтому решения на симисторах представляются более экономичными.

Контактная и бесконтактная коммутация тока

Прежде чем переходить к рассмотрению принципов работы тиристоров и симисторов и их основных характеристик, сравним контактные (электромеханические реле, пускатели, контакторы) и бесконтактные (тиристоры и симисторы) способы коммутации тока, преимущества и недостатки каждого из них.

Ресурс, количество переключений

Количество переключений полупроводниковых коммутаторов практически неограниченно. Долговечность полупроводников определяется перепадами рабочих температур: количеством циклов и их амплитудой.

Реле, а тем более электромагнитные пускатели, имеют ограниченный ресурс переключений. Различают механический ресурс (механическую износостойкость в отсутствие тока через контакты), который у современных реле составляет 1-2 миллиона переключений, и коммутационную износостойкость при максимальной нагрузке, которая в 10-100 раз ниже. Для оценки укажем, что при непрерывной работе и периоде переключений 10 с, ресурс вырабатывается через 2 недели, при периоде переключений 5 мин — через 1 год. Отсюда сразу следует, что применение контактных коммутаторов оправдано только при редких коммутациях нагрузки (с периодов больше 10 мин).

Частота коммутации

Полупроводниковые коммутаторы допускают коммутацию нагрузки на каждом полупериоде сетевого напряжения.

Примечание: В специальных схемотехнических решениях, в которых применяется принудительное закрытие элементов, частота коммутации может быть еще выше.

У электромеханических устройств, помимо количества циклов переключений, есть и еще одно важное негативное свойство — низкая частота коммутаций цепи нагрузки. Она определяется и механическими свойствами реле и тем, что при возрастании частоты коммутаций реле начинает перегреваться. Выше отмечалось, что при необходимости осуществлять коммутацию электромеханическими устройствами с малыми периодами, срок службы этих устройств будет невелик.

Кроме того, механика — это движущиеся части. А движущиеся части всегда являются источником повышенного риска: истирание осей, увеличение люфта, общее расшатывание механизма вплоть до потери функциональности и т. д.

Искрообразование

Бесконтактные коммутаторы по определению не искрят.

Коммутация при помощи электромеханических устройств неизбежно сопровождается искрообразованием, которое, с одной стороны, приводит к обгоранию контактов и снижению ресурса, а с другой, вызывает сильные высокочастотные электромагнитные помехи, которые могут приводить к сбоям в работе измерительных и микропроцессорных приборов.

Электромагнитные помехи

Для того, чтобы не создавать электромагнитные помехи, возникающие при коммутации сильных токов (проводники с быстро меняющимся током работают как обычные антенны), желательно коммутацию производить в моменты времени, когда эти токи минимальны (в идеале равны нулю). Полупроводниковые коммутаторы, благодаря возможности управления моментом переключения, позволяют применять решения, в которых коммутация производится в моменты нулевого тока в сети.

Контактная коммутация, как правило, осуществляется в произвольные моменты времени, а значит, и в моменты максимальных значений токов. Соответственно, контактная коммутация сопровождается сильными электромагнитными помехами. В результате устойчивость работы контрольно-измерительных систем снижается.

Потери на коммутирующем элементе

Падение напряжения на открытом симисторе составляет 1-2 В и мало зависит от протекающего тока. Как следствие, на открытом симисторе выделяется относительно большая мощность. Например, при токе 40 А на симисторе выделяется 40-80 Вт тепла, которые необходимо отвести. Для этого применяются радиаторы. Это обстоятельство является самым серьёзным недостатком бесконтактных коммутаторов, так как требует дополнительное место для радиатора и удорожает решение.

На контактах реле и пускателей также выделяется определенная мощность, но она меньше, чем у симисторов. Однако, следует иметь в виду, что по мере обгорания контактов выделяемое тепло возрастает. Для борьбы с этим явлением требуется регулярная зачистка контактов или замена всего устройства. Всё это приводит к росту эксплуатационных расходов. Кроме того, необходимо учитывать выделение тепла за счёт прохождения тока через обмотку во включенном состоянии коммутатора.

Экономические соображения

Рассматривая целесообразность применения контактного или бесконтактного способа коммутации, необходимо, помимо сугубо технических преимуществ того или иного способа, учесть следующие экономические соображения.

С одной стороны, контактные коммутаторы, как правило, значительно дешевле бесконтактных устройств, особенно в совокупности с радиаторами.

С другой стороны, ресурс бесконтактных коммутаторов практически неограничен, обслуживание устройств не требуется. Контактные коммутаторы имеют ограниченный ресурс, требуют проведения регламентных работ и регулярной замены в течение срока службы. Как следствие, эксплуатационные расходы растут, а надёжность систем, в которых применяются контактные коммутаторы с малыми периодами переключения, снижается.

Принцип работы

Тиристоры и симисторы относятся к семейству полупроводниковых приборов, свойства которых определяются наличием в полупроводниковой пластине смежных слоёв с разными типами проводимости.

Как отмечалось выше, упрощенно симистор представляет собой два тиристора, подключенных параллельно навстречу друг другу. Поэтому для простоты принцип действия поясним на примере тиристора. Каждый тиристор ? это прибор с четырёхслойной структурой p-n-p-n. Схематически тиристор обозначен на рис. 1.


Рис. 1

Крайняя область p-структуры, к которой подключается положительный полюс источника напряжения, называется анодом (А), крайняя область n-типа, к которой подключается отрицательный полюс источника — катодом (К). Вывод от внутренней области — p-управляющим электродом.

На рис. 2 изображена модель тиристора в виде схемы с двумя транзисторами с различными типами проводимости. База и коллектор транзистора VT1 соединяются соответственно с коллектором и базой транзистора VT2. В результате, база каждого транзистора питается коллекторным током другого транзистора. В схеме образуется цепь положительной обратной связи.


Рис. 2

Если ток Iу через управляющий электрод отсутствует, то оба транзистора закрыты и ток через нагрузку не течёт — тиристор закрыт. Если подать ток Iу больше определенного уровня, то в схеме за счёт положительной обратной связи начинается лавинообразный процесс и оба транзистора открываются — тиристор открывается и остаётся в этом стабильном состоянии, даже если ток Iу больше не подавать.

Таким образом, тиристором можно управлять как постоянным током, так и импульсным. Для того, чтобы тиристор перевести в непроводящее состояние, необходимо снизить ток через него до такого уровня, при котором обратная связь не может больше удерживать схему в стабильном открытом состоянии. Это так называемый ток удержания.

Вольт-амперные характеристики тиристора и симистора

Сначала рассмотрим типовую вольт-амперную характеристику (ВАХ) тиристора, изображенную на рис. 3.


Рис. 3

По горизонтальной оси отложено напряжение между анодом и катодом, а по вертикальной ? протекающий через прибор ток.

Изменяемым параметром семейства характеристик является значение тока Iу в цепи управляющего электрода.

На ВАХ тиристора можно выделить четыре характерных участка, отмеченных на рис. 3 латинскими буквами ABCDE. Дополнительно на рис. 3 показаны нагрузочные прямые I, II, III для различных напряжений сети.

Участок AB соответствует обратной характеристике, когда к аноду тиристора приложено отрицательное напряжение относительно катода. При разомкнутой цепи управления или отсутствии в ней тока (Iу=0) обратная характеристика тиристора аналогична обратной ВАХ полупроводникового диода. В рабочем диапазоне напряжений UЗС от 0 до максимального рабочего, называемого обратным повторяющимся напряжением Uповт, обр max, через прибор протекает очень малый, порядка долей миллиампера, ток (рабочая точка 1).

Прямая ветвь тиристора изображена в первом квадранте системы координат. Она соответствует такой полярности напряжения, когда к аноду приложено положительное относительно катода напряжение.

На отрезке BC вплоть до напряжения переключения Uповт, Пр max тиристор с нулевым управляющим током закрыт и ток через него не превышает 5-15 мА (рабочая точка 2). Переход в открытое состояние (в рабочую точку 3 на участке DE) возможен двумя способами. Первый способ — повышение напряжения на тиристоре, так что рабочая точка доходит до точки С. В этом случае рабочая точка скачкообразно переходит на участок DE. Такой режим включения тиристора применяется редко. Традиционным способом открытия тиристора является подача управляющего тока. В результате кривая BCD на ВАХ спрямляется и рабочая точка также попадает на участок DE, соответствующий открытому состоянию тиристора.

Семейство вольт-амперных характеристик при разных управляющих токах показывает, что при различных напряжениях на тиристоре требуется подача различных токов управления для включения тиристора: малые управляющие токи при больших напряжениях и большие токи при малых напряжениях. При управляющем токе, равном IУЗ, прямая ветвь ВАХ тиристора также совпадает с ВАХ полупроводникового диода.

Отметим, что участок DC характеризует неустойчивое состояние тиристора. Эта область носит название участка с отрицательным электрическим сопротивлением. Из него тиристор всегда переходит в открытое состояние с низким электрическим сопротивлением (на участок DE).

Рабочий участок DE соответствует открытому состоянию симистора и характеризуется малым падением напряжения на приборе Uос при большом токе Ioс.

Эта область характеристики аналогична прямой ветви характеристики полупроводникового диода. Напряжение Uос в зависимости от свойств полупроводниковой структуры равно 1-2 В и слабо зависит от величины протекающего тока Ioс. На переходе тиристора выделяется мощность, которую можно оценить величиной (1…2) Ioс. После падения тока, проходящего через тиристор, ниже значения тока удержания Iуд, тиристор закрывается.

Собственно, в этом и заключается самое полезное свойство тиристора, симистора и других приборов с отрицательным обратным сопротивлением: переключенные в состояние с малым сопротивлением, они остаются в этом состоянии сколь угодно долго, даже после снятия управляющего сигнала, вплоть до падения тока нагрузки ниже тока удержания. Это позволяет управлять симисторами и тиристорами короткими импульсами управляющего напряжения.

Вольт-амперная характеристика симистора очень похожа на ВАХ тиристора, но, поскольку для симистора не существует прямого и обратного направления включения, то кривая симметрична относительно центра координат. Каждая из половин этой кривой напоминает кривую включения тиристора в прямом направлении.

Одним из факторов, делающих симистор более удачным устройством для коммутации переменного тока, чем тиристор, является то, что прибор имеет одинаковые свойства при протекании по нему тока в любом из направлений. Как и тиристор, симистор выключается при токе через него, стремящемся к 0. Это снижает индукционные и другие наведённые токи и помехи в сети, вызываемые отключением питания при высоком напряжении.

Сигналы управления

Несмотря на то, что на тиристорах и симисторах могут присутствовать напряжения различной полярности, для этих полупроводниковых приборов предпочтительным является такая полярность управляющего напряжения, которая совпадает с полярностью напряжения на аноде.

Таким образом, для обеспечения гарантированной работоспособности и наибольшей эффективности, управляющий сигнал должен менять свою полярность на каждой полуволне переменного тока нагрузки. Соответственно, система управления симистором должна «уметь» менять полярность управляющего сигнала в зависимости от направления движения коммутируемого тока.

При формировании сигнала управления надо иметь виду, что он должен иметь некоторую конечную длительность, большую, чем tимп. мин.. Если сигнал управления короче, чем tимп. мин., то симистор может не успеть перейти в стабильное открытое состояние и вернуться в исходное закрытое состояние. Обычно tимп. принимают равным 50 мкс. Этого достаточно для включения большинства симисторов.

Основные параметры симисторов

Сразу заметим, что все характеристики симисторов сильно зависят от рабочей температуры p-n-p-n-структуры. Как правило, указываются два значения — при температуре 25-30 °С и на верхнем пределе рабочего диапазона. Значения параметров в промежуточных точках вычисляют по линейному закону. Для симисторных блоков производства КонтрАвт указываются значения параметров для 30 °С и 50 °С.

Сильное тепловыделение вызвано тем, что на полностью открытом симисторе в рабочем диапазоне всегда сохраняется падение напряжения около 1-2 В, независимо от тока нагрузки. На рис. 3 оно соответствует величине Uос. Таким образом, симистор всегда должен рассеивать мощность в окружающую среду. Как уже отмечалось, при токе нагрузки 40 А симистор должен рассеивать порядка 60-80 Вт, оставаясь при этом в рабочем диапазоне температур. Поэтому симистор, в отличие от реле и других электромеханических коммутационных устройств, немыслим без радиатора, тем большего, чем большую мощность он коммутирует.

Параметры открытого состояния

Тиристоры и симисторы в открытом состоянии характеризуются напряжением Uос, равным 1-2 В и практически независящим от тока открытого состояния.

Максимально допустимый действующий ток Iос, д характеризует коммутационную способность полупроводникового элемента. Максимально допустимый действующий ток Iос, д и ударный ток Iос, уд (короткодействующий импульс большой силы тока, действующий не более 20-50 мс) также зависят от температуры корпуса симистора. Следует отметить, что ударный ток Iос, уд может превышать максимально допустимый действующий ток Iос, д в несколько раз. Это обстоятельство следует учитывать при расчете различных схем защиты полупроводниковых устройств от короткого замыкания.

Еще один важный параметр — ток удержания Iуд — минимальный ток нагрузки, до которого симистор сохраняет своё открытое состояние. После падения тока нагрузки ниже этого значения симистор закроется.

Параметры закрытого состояния

В закрытом состоянии симистор не коммутирует нагрузку, пока напряжение на силовых электродах не превысит Uповт, пр. max (рис. 3). После превышения этого напряжения симистор переключается в открытое состояние. Этот параметр чрезвычайно важен при коммутации цепей с высокими помехами или индуктивными нагрузками. Например, при выключении симистором питания индуктивной нагрузки большой мощности в ней возникает ЭДС самоиндукции с высоким напряжением. Если это напряжение превысит Uповт, пр. max, то возможно неуправляемое открытие симистора. Поэтому такие цепи обычно шунтируют RC-цепочками, фильтрующими соответствующие выбросы.

Также важен параметр UЗС — синусоидальное «безопасное» напряжение, при котором самопроизвольное (Iу=0) включение невозможно.

Существует еще один случай самопроизвольного включения симистора в закрытом состоянии. Это может произойти, когда скорость возрастания коммутационного напряжения превысит некую критическую величину (dU/dt)ком. Этот нежелательный эффект обусловлен емкостным током в центральном переходе p-n-p-n структуры. При высоких скоростях нарастания тока на паразитной ёмкости p-n-перехода управляющего электрода успевает скапливаться заряд, достаточный для включения симистора.

Это явление следует учитывать при каскадном включении нескольких симисторов, используемом для повышения нагрузочной способности схемы. Если основной коммутирующий элемент является очень быстродействующим, то его выключение в цепях с индуктивностью может вызвать настолько быстрые изменения напряжения, которые в свою очередь вызывают ложные срабатывания маломощных управляющих симисторов. В результате схема «не может» выключиться даже при отсутствии сигнала управления.

Параметры управления

Отпирающий постоянный ток управления Iу, отп (на рис. 3 обозначен как I3) характеризует минимальное значение управляющего тока, при котором симистор полностью открывается.

Отпирающее постоянное напряжение управления Uу, от ? напряжение, формирующее Iу, отп, т. е. напряжение управления, при котором симистор гарантированно переходит в открытое состояние.

Неотпирающее постоянное напряжение управления Uу, Нот — напряжение, до которого симистор гарантированно находится в закрытом состоянии. Этот параметр чрезвычайно важен при использовании симистора в цепях с высоким уровнем помех. Если помеха превысит данный параметр, то симистор может открыться. Один из вариантов таких помех обсуждался выше — индуктивность в цепи.

Один из важнейших параметров — время включения (tвкл) — определяет интервал времени, в течение которого симистор переключается из закрытого состояния в полностью открытое при наличии отпирающего импульса управления (?Uу, отп). Фактически он определяет минимальную длительность сигнала управления, необходимую для гарантированного включения.

(dIос/dt)кр — критическая скорость нарастания тока в момент открытия симистора. Если в цепи скорость нарастания тока превышает максимально допустимую, то происходит эффект разрушения структуры. Он обусловлен тем, что физически управляющий электрод занимает значительно меньшую площадь на кристалле. При включении ток управления распределяется по кристаллу неравномерно и обеспечивает открытие не всей площади p-n-переходов под силовыми электродами. На низких скоростях возрастания тока p-n-переход успевает полностью открыться, а на высоких — сказывается собственное объёмное сопротивление и емкость p-n-переходов.

Тепловые параметры

TП(МАХ) и TП(МIN) — максимальная и минимальная температура перехода особенных пояснений не требуют. У современных приборов температура перехода может достигать 125 °С. Однако при работе на переходе выделяется большое количество тепла, которое необходимо отводить. Способность приборов отводить тепло характеризуется такими параметрами как тепловое сопротивление. Различают тепловое сопротивление контакта переход-корпус и тепловое сопротивление контакта корпус-охладитель.

RТ(П-К) — тепловое сопротивление контакта переход-корпус определяет способность симистора передавать тепло от полупроводника на свой корпус. Параметр RТ(П-К) — тепловое сопротивление контакта корпус-охладитель — определяет размеры и характеристики радиатора, требуемого на отвод тепла, выделяемого при коммутации заданной мощности.

В результате прибор, установленный на радиатор, допускает нормальную эксплуатацию при температурах значительно ниже, чем допустимая температура перехода. В частности, рабочая температура симисторных блоков производства КонтрАвт ограничена 50 °С.

В заключение приведем сравнительную таблицу с указанием основных характеристик, о которых шла речь в данной статье. Данные приведены для трёх широко применяемых симисторов, которые различаются допустимыми токами коммутации. Представленные сведения позволяют получить представления о характерных значениях параметров симисторов.

Технические характеристики
Табл. 1.

  TC112-10 TC132-40 TC152-160
I
ос. д. (действующее значение тока в
открытом состоянии, ток синусоидальный, температура корпуса 85 °С), А
10 40 160
Uзс (постоянное напряжение в
закрытом состоянии, во всём допустимом диапазоне температур,
синусоидальное напряжение), В, для классов приборов:
  2 200 200 200
  6 600 600 600
  12 1200 1200 1200
Iос, уд.
(ударный ток в открытом состоянии, ток синусоидальный, одиночный импульс
t=20 мс, температура перехода максимально допустимая), А
70 250 1200
(dIос/dt)кр (критическая
скорость нарастания тока в открытом состоянии, одиночный импульс t=20
мс, температура перехода максимально допустимая), А/мкс
20 63 63
Tп(max)
(температура перехода максимально допустимая), °С
+110 +125 +125
Tп(min) (температура
перехода минимально допустимая), °С
-60 -60 -40
Uос, и
(импульсное напряжение в открытом состоянии, ток синусоидальный,
одиночный импульс t=20 мс, температура перехода 25 °С), В, не более
1,65 1,85 1,65
Uос, и (пороговое напряжение
в открытом состоянии, температура перехода максимальная), В, не более
1 1 1
Uу, от
(отпирающее постоянное напряжение управления, ток управления постоянный,
Uзс=12 В), В, не более:
  Tп=25 °С 3,5 4,0 3,0
  Tп=Tп(min) 6,0 7,8 6,0
Uу, нот (неотпирающее
постоянное напряжение управления, ток управления постоянный, Uзс=0,67
Uзс, п), В, не менее
0,2 0,25 0,25
Iу, отп
(отпирающий постоянный ток управления, Uзс=12 В), мА, не более:
  Tп=25 °С 75 200 150
  Tп=Tп(min) 230 550 400
Iзс, п (повторяющийся
импульсный ток в закрытом состоянии, температура перехода максимально
допустимая), мА, не более
1,5 5,0 15,0
Iуд (ток
удержания, цепь управления разомкнута, Tп=25 °С, Uзс=12В), мА, не более
45 60 60
tвкл (время включения, Tп=25
°С, Uзс=100 В, Iос=Iос, д , форма импульса управления прямоугольная,
длительность импульса 50 мкс), мкс, не более
9,0 12 12
tзд (время
задержки, условия те же, что и для tвкл), мкс, не более
3,0 4,0 4,0
(dUзс/dt)ком (критическая
скорость нарастания коммутационного напряжения в закрытом состоянии, ток
синусоидальный, t=10 мс, Tп=Tп(max), Uзс=0,67 Uзс, п), В/мкс, для
классов:
  2 4,0 4,0 4,0
  6 25,0 25,0
  8 100
RT(п-к)
(тепловое сопротивление переход-корпус), °С/Вт, не более
1,55 0,52 0,2

Литература.

  • Зи С. «Физика полупроводниковых приборов». — М.: Мир, 1984.
  • Ю. А. Евсеев, С. С. Крылов. «Симисторы и их применение в бытовой электроаппаратуре», 1990.
  • Замятин В. «Тиристоры. В помощь радиолюбителю: сборник.» Вып. 110.
  • «Компоненты и технологии», 3 2004.

Источник:
SciTecLibrary.ru 27 мая 2008

Автор:
Алексей Костерин, к.т.н., директор ООО НПФ «КонтрАвт»
Алексей Дементьев, начальник сектора рекламы

ФГБОУ ВО «АГТУ»

Введение

К настоящему моменту достигнуты значительные улучшения в технологии производства и изготовления полупроводников, создано большое многообразие различных типов силовых полупроводниковых приборов.

Рост силовой электроники стал возможен благодаря развитию микроэлектроники, появилась возможность управления мощными полупроводниковыми устройствами. Коммутационные устройства работают с использованием современных алгоритмов управления.

Целью цепей силовой электроники является изменение электрической энергии от одной формы к другой от источника к нагрузке с высочайшей эффективностью, высокой доступностью и высокой надежностью при минимальных затратах, наименьших размерах и весе [1].

Основной целью настоящей работы является изучение различных тиристорных схем управления двигателем постоянного тока, в частности применяемых в судовых электроприводах, например гребных электрических установках.  Скорость вращения вала двигателя контролируется с использованием различных типов выпрямителей. При этом источники питания являются идеальными, но возможны некоторые отклонения в выходном сигнале для практической реализации системы на судах. Это может произойти из-за поведения оборудования на входе/выходе других физических и электрических изменений параметров.

 

Материалы исследования

Для анализа характеристик требуется построение модели двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. Из-за взаимодействия магнитного поля статора с током в проводниках якоря создается крутящий момент.

Добавление внешнего резистора к приводу постоянного тока для управления скоростью вращения вала двигателя на судах нецелесообразно, т. к. большая часть энергии теряется в виде тепла из-за внешнего резистора. Управление напряжением якоря предпочтительнее для скоростей ниже номинальной, а управление потоком – для скоростей, превышающих номинальную скорость, но в то же время максимальная мощность двигателя снижается, поскольку для данного максимального тока якоря поток меньше, чем номинальное значение, и, следовательно, максимальный крутящий момент меньше максимального номинального крутящего момента [2].

Рис. 1 иллюстрирует механическую характеристику с использованием метода управления напряжением якоря.

 

 

Рис. 1. Механическая характеристика двигателя постоянного тока

при изменении напряжения, подводимого к обмотке якоря

 

Ниже представлены тиристорные методы управления скоростью двигателя постоянного тока [3]:

1. Однофазный полууправляемый преобразователь. Этот преобразователь используется для двигателей мощностью до 15 кВт;

2. Однофазный привод с управляемым преобразователем. Преобразователь позволяет работать в двух квадрантах;

3. Трехфазный полууправляемый преобразователь;

4. Трехфазный управляемый преобразователь;

5. Однофазный реверсивный преобразователь, реализованный соединением двух однофазных преобразователей, что позволяет обеспечить работу во всех режимах;

6. Трехфазный реверсивный преобразователь, реализованный аналогично однофазному.

 

Результаты моделирования

Тиристорная схема управления двигателем постоянного тока смоделирована в программе MATLAB Simulink.

Формы выходного напряжения источника приведены на рис. 2.

 

 

а

 

б

 

Рис. 2. Форма выходного напряжения источника питания:
а – для однофазных моделей; б – для трехфазных моделей

 

1. Результаты моделирования полууправляемого однофазного преобразователя.

Имитационная модель представлена на рис. 3, данные моделирования полууправляемого однофазного преобразователя приведены в табл. 1.

 

 

Рис. 3. Модель полууправляемого однофазного преобразователя

 

Таблица 1

Данные моделирования полууправляемого однофазного преобразователя

Угол открытия (Т1)

Угол открытия (Т2)

Нагрузка

Скорость, рад/с

0

180

Без нагрузки

189

30

210

Без нагрузки

176

60

240

Без нагрузки

153

0

180

С нагрузкой

120

30

210

С нагрузкой

111

60

240

С нагрузкой

95

 

На рис. 4 приведена форма выходного сигнала полууправляемого однофазного преобразователя.

 

 

 

Рис. 4. Форма выходного напряжения полууправляемого однофазного преобразователя

 

2. Результаты моделирования управляемого однофазного преобразователя.

Имитационная модель представлена на рис. 5, данные моделирования управляемого однофазного преобразователя приведены в табл. 2.

 

 

 

Рис. 5. Модель управляемого однофазного преобразователя

 

Таблица 2

 Данные моделирования управляемого однофазного преобразователя

Угол открытия (Т1)

Угол открытия (Т2)

Нагрузка

Скорость, рад/с

0

180

Без нагрузки

185

30

210

Без нагрузки

180

60

240

Без нагрузки

140

0

180

С нагрузкой

125

30

210

С нагрузкой

100

60

240

С нагрузкой

75

 

На рис. 6 приведена форма выходного сигнала управляемого однофазного преобразователя.

 

 

 

Рис. 6. Форма выходного напряжения преобразователя

 

3. Результаты моделирования трехфазного полууправляемого преобразователя.

Имитационная модель представлена на рис. 7, данные моделирования полууправляемого трехфазного преобразователя приведены в табл. 3.

 

 

Рис. 7. Модель полууправляемого трехфазного преобразователя

 

Таблица 3

 Данные моделирования полууправляемого трехфазного преобразователя

Угол
открытия (Т1)

Угол
открытия (Т2)

Угол
открытия (Т3)

Нагрузка

Скорость, рад/с

0

120

240

Без нагрузки

345

30

150

270

Без нагрузки

342

60

180

300

Без нагрузки

318

0

120

240

С нагрузкой

255

30

150

270

С нагрузкой

225

60

180

300

С нагрузкой

180

 

4. Результаты моделирования трехфазного управляемого преобразователя.

Имитационная модель представлена на рис. 8, данные моделирования управляемого трехфазного преобразователя приведены в табл. 4.

 

 

Рис. 8. Модель управляемого трехфазного преобразователя

 

Таблица 4

 Данные моделирования управляемого трехфазного преобразователя

Угол
открытия (Т1)

Угол
открытия (Т2)

Угол
открытия (Т3)

Угол
открытия (Т4)

Угол
открытия (Т5)

Угол
открытия (Т6)

Нагрузка

Скорость, рад/с

0

60

120

180

240

300

Без нагрузки

275

30

90

150

210

270

330

Без нагрузки

260

60

120

180

240

300

360

Без нагрузки

250

0

60

120

180

240

300

С нагрузкой

148

30

90

150

210

270

330

С нагрузкой

95

60

120

180

240

300

360

С нагрузкой

85

 

В схемах можно использовать только половину тиристоров. Получающаяся при этом несимметричная (полууправляемая) мостовая схема имеет более простую систему управления и меньшую стоимость.

Так же, как в симметричной схеме, при работе полууправляемого выпрямителя на активную нагрузку наступает режим прерывистого тока.

В полууправляемой схеме, по сравнению с полностью управляемой, кратность пульсаций выходного напряжения снизилась в три раза и не требует применения более мощных и громоздких фильтрующих элементов. Поэтому наиболее целесообразно использовать полууправляемую схему для регулирования выходных параметров двигателя постоянного тока в небольших пределах. Регулировочная характеристика выпрямителя с неполным числом тиристоров не зависит от характера нагрузки.

Преимуществом полууправляемой мостовой схемы является меньшая реактивная мощность, потребляемая из сети.

5. Результаты моделирования однофазного управляемого реверсивного преобразователя.

Имитационная модель представлена на рис. 9.

 

 

Рис. 9. Модель управляемого однофазного реверсивного преобразователя

 

6. Результаты моделирования трехфазного управляемого реверсивного преобразователя.

Имитационная модель представлена на рис. 10.

 

 

Рис. 10. Модель управляемого трехфазного реверсивного преобразователя

 

На практике для изменения полярности выходного напряжения выпрямителя широкое применение получили реверсивные выпрямители, состоящие из двух нереверсивных выпрямителей.

Если в качестве нагрузки выпрямителя использовать двигатель постоянного тока, то можно получить четырехквадрантный привод. Это значит, что в I и II квадрантах машина работает в двигательном и тормозном режимах при положительных значениях момента нагрузки; в III и IV – то же, но при отрицательных значениях момента (например, при подъеме груза привод судовой лебедки нагружен положительным моментом, при спуске – отрицательным) [4].

Если внимательно рассмотреть схему реверсивного электропривода, мы увидим, что включение одной группы тиристоров (назовем ее анодной, т. к. аноды тиристоров имеют общую точку) вращает двигатель в одну сторону, включение катодной группы – в противоположную. Существуют различные способы управления обеими группами тиристоров – раздельный и согласованный. Последний может быть линейным и нелинейным.

 

Заключение

Проведено изучение выходных характеристик двигателя постоянного тока с использованием тиристорного управления. Управление скоростью с использованием устройств силовой электроники дает большую экономию энергии, чем традиционные способы управления скоростью, поскольку в традиционных способах происходят большие потери энергии.

Модель управления на основе тиристоров успешно реализована в среде MATLAB Simulink, которая оказывает базовую помощь в проектировании.

Модели и описание их характеристик позволят подбирать наиболее оптимальные системы для конкретных случаев, в частности для использования в судовых электроприводах.

Зачем нужны тиристоры и симисторы . Путеводитель в мир электроники. Книга 2

Достаточно, чтобы слова выражали смысл.

Конфуций

Эти полупроводниковые приборы появились уже после изобретения транзисторов и быстро нашли свое место в электронной силовой технике. Сегодня тиристорные регуляторы применяются для преобразования электрической энергии, для управления мощными электродвигателями, нагревателями и другими нагрузками в автоматических системах. Они позволяют коммутировать большие токи при минимальной мощности управления и очень стойки к перегрузкам. Так как нам с такими элементами не раз придется столкнуться на практике, давайте познакомимся с ними поближе.

Наиболее часто можно встретить четыре разновидности тиристоров: динисторы, симисторы, тринисторы (обычные и запираемые). Самый простой из них — двухэлектродный прибор: динистор. Его условное обозначение и устройство показаны на рис. 13.1.

Рис. 13.1. Упрощенное внутреннее строение, условное обозначение на схеме и вольт-амперная характеристика динистора

Как видно из этого рисунка, динистор представляет собой 4-слойный полупроводник с чередующимися областями р- и n-типа. В отличие от биполярного транзистора, где имеется только два р-n-перехода, у тиристора их уже 3, из-за чего появляются особые свойства. В обычном состоянии динистор ведет себя как обратносмещенный полупроводниковый диод, то есть диод, включенный в обратном направлении, — он не проводит ток. Кстати, отличие динистора от диода в этом состоянии все же есть: он не проводит ток в обе стороны. Но — до определенного предела. Если в схеме, показанной на рис. 13.1, повышать напряжение источника G1 до значения, равного напряжению включения (Uвкл), динистор откроется, и его сопротивление скачком станет маленьким. Но самое интересное заключается как раз в другом: при открывании через динистор потечет ток, и напряжение на нем (в открытом состоянии) установится на уровне 1,4 В. Чтобы закрыть динистор, требуется снизить ток до уровня тока удержания (Iуд). Обратное включение динистора не имеет смысла, так как в этом положении его свойства не проявляются.

Напряжение включения у динисторов из отечественной серии КН102(А — И), может быть от 20 до 150 В (в зависимости от последней буквы в обозначении), а ток удержания имеет постоянное значение и равен 15 мА. Максимальный постоянный ток в открытом состоянии для всех динисторов этой серии составляет 200 мА. Внешне динисторы похожи на обычные полупроводниковые диоды, так что отличать их придется по маркировке.

Чтобы было более понятно, какую пользу можно извлечь от динистора, надо познакомиться с практическими схемами. Наиболее часто на нем делают генератор низкочастотных импульсов. В некоторых схемах динистор используется просто как пороговый элемент, срабатывающий («открывающийся» при нужном напряжении). Например, на рис. 13.2 показана схема блокиратора второго параллельного телефонного аппарата, если снята трубка на любом из них. В этом случае никто не помешает вашему разговору.

Рис. 13.2. Простейший блокиратор параллельных телефонных аппаратов, выполненный на динисторах

Принцип работы очень простой. Сигнал вызова в телефонной линии имеет большую амплитуду и проходит через открывающиеся динисторы на все аппараты. Но, если снять трубку на любом из аппаратов, то откроется только тот динистор, через который протекает ток удержания (через разговорный узел телефона). При этом в линии напряжение снизится и будет недостаточным для открывания всех остальных, если на них тоже снять трубки.

Главный недостаток динисторов, из-за чего они применяются в схемах чрезвычайно редко, — это невозможность регулировки напряжения включения (порога). Гораздо чаще можно встретить управляемые тринисторы, или, как их еще называют, тиристоры. Тринистор и внешне и по внутренней структуре не отличается от динистора, но имеет дополнительный вывод, называемый управляющим электродом. Вообще, тринистор легко может стать динистором, если на управляющий электрод не подавать никаких сигналов. А вот если между катодом и управляющим электродом включить небольшой источник напряжения G2, как показано на рис. 13.3, напряжение включения начнет снижаться, причем тем больше, чем больше величина напряжения этого источника.

Рис. 13.3. Упрощенное устройство, условное обозначение и вольт-амперная характеристика тринистора (тиристора)

При определенном значении напряжения G2 вольт-амперная характеристика тринистора станет такой, как у полупроводникового диода (он открывается сразу). Управляющий электрод после открывания тринистора теряет свои управляющие свойства. Закрыть тринистор можно уже только так, как это делается у динистора, — уменьшив ток через него ниже тока удержания (это происходит при снижении напряжения).

В качестве примера практического применения тиристора на рис. 13.4 показан простейший регулятор температуры жала паяльника.

Рис. 13.4. Схема регулятора температуры жала паяльника (а) и график, поясняющий работу (б)

Как видно из схемы, тиристор работает только на одной полуволне переменного напряжения(положительной относительно общего провода), а вторая полуволна (отрицательная) проходит в нагрузку через включенный параллельно тиристору диод. Сделано это специально для упрощения схемы — ведь для данного применения нам не нужно регулировать мощность, поступающую в нагрузку, от нуля. Работает тиристорный регулятор довольно просто. Когда начинает возрастать положительная полуволна входного напряжения, стоящие в цепи управляющего электрода резисторы ограничивают ток через управляющий электрод тиристора. От положения регулятора R1 зависит время задержки открывания тиристора (или, как еще говорят, угол открывания), что видно на графике. Конечно, форма напряжения в нагрузке будет уже не синусоидальной, но для нагревателя это значения не имеет. При максимальном значении сопротивления R1 тиристор будет полностью закрыт. Угол открывания можно регулировать в диапазоне, показанном на графике затемненным сектором.

Проверять эту схему лучше при помощи вольтметра постоянного тока, подключенного параллельно нагрузке через мостовой выпрямитель. Тиристор может использоваться любого типа (КУ201, КУ202, Т122), но в этом случае оптимальный номинал резистора R2 придется подобрать экспериментально (он ограничивает ток).

Симистор — это симметричный тиристор, который может работать при обоих полярностях напряжения, то есть пропустить ток в оба направления. Вольт-амперная характеристика и условное обозначение симистора показаны на рис. 13.5.

Рис. 13.5. Условное обозначение и вольт-амперная характеристика симистора

Во всех схемах тиристоры и симисторы применяются как электронные ключи, то есть включатели, управляемые при помощи напряжения, подаваемого на управляющий электрод. Но, в отличие от обычного механического включателя, на электронном ключе в открытом состоянии падает напряжение (около 2 В), что приводит к необходимости использовать для них на больших токах радиаторы теплоотвода.

Общая «беда» всех тиристоров — это невозможность закрыть приборы, находящиеся под током. Управляющий электрод тринисторов и симисторов, как мы знаем, работает только на «открывание». В последнее время, правда, появились так называемые запираемые тиристоры, которые все-таки можно закрыть, подав на управляющий электрод отрицательное (закрывающее) напряжение.

Запираемые приборы более удобны для практики, но радиолюбители тем не менее широко используют и классические тиристоры в автоматах световых эффектов, светомузыкальных установках и др. Тиристоры в этих устройствах включаются последовательно с нагрузкой, и переменное напряжение закрывает эти приборы при спадании до нуля.

Одно из главных достоинств тиристоров — возможность пропускать через себя большие токи и выдерживать десятикратные токовые перегрузки. Например, мощный импортный тринистор ST70 °C20L0 (выпускается фирмой International Rectifier) допускает пропускание через себя тока с постоянным значением до 2000 А и кратковременными перегрузками до 13200 А. Возможности широко распространенных тиристоров серий КУ202 и КУ208 намного скромнее — максимальный постоянный ток до 10 А при максимальном напряжении между электродами до 400 В. Благодаря своей низкой цене эти тиристоры наиболее широко используются в радиолюбительских конструкциях, а в промышленном оборудовании ставят более надежные и мощные из серий Т122-25 (на 25 А), Т132-40 (на 40 А).

Следует запомнить, что некоторые тиристоры не допускают приложения к своим электродам обратного напряжения, а некоторые — его вполне хорошо «держат». В любом случае при разработке конструкции или при подборе аналогов нужно обращать внимание на это обстоятельство. Если под рукой не найдется подходящей замены, можно изготовить диодный мост и исключить подачу отрицательного напряжения на прибор.

Конечно, тиристоры по сравнению с современными транзисторами, работающими в ключевом режиме, обладают рядом существенных недостатков, ограничивающих их область применения (например, низкое быстродействие, из-за чего не могут работать на частотах более 10…100 кГц), но пока они значительно дешевле и обладают высокой надежностью (намного выше, чем у механического ключа, так как при переключения нет искрения), чем и объясняется широкое использование таких компонентов.

Чем отличается обычный тиристор от тиристора ГТО?

Интересный вопрос!

Давайте начнем с того, как мы обычно используем тиристор. Катод обычно подключается к заземлению, а анод для питания через нагрузку:

смоделировать эту схему — схема, созданная с использованием CircuitLab

Таким образом, электроны входят в катод и перемещаются к аноду.

На рисунках ниже, Катод находится наверху! Таким образом, электроны текут сверху вниз (только в профилях легирования, а не на схеме выше)!

После некоторых поисков я нашел эти два рисунка допинговых профилей обоих устройств.

Это профиль допинга «нормального» тиристора с этого сайта .

А вот профиль допинга GTO (тот же источник, что и выше, нажмите Next несколько раз).

Основное различие, которое я вижу, состоит в том, что у GTO есть дополнительная область P + (область высокой степени легирования) для контакта Gate. Такая область с высокой степенью легирования используется для создания «лучшего», более низкоомного контакта с этой областью с допингом.

Согласно Википедии:

Отключение осуществляется импульсом «отрицательного напряжения» между клеммами затвора и катода. Часть прямого тока (примерно от одной трети до одной пятой) «украдена» и используется для индуцирования напряжения на катодном затворе, что, в свою очередь, приводит к падению прямого тока, и GTO отключается (переходя в «блокировку») штат.)

Для меня это может объяснить, почему GTO можно отключить, а обычный тиристор — нет. В обычном тиристоре затвор не имеет такого хорошего контакта с верхней P-областью, которая препятствует тому, чтобы он отклонил достаточно электронов, чтобы заставить тиристор выключиться.

В GTO контакт с этой P-областью намного лучше, так что гораздо больше электронов может быть удалено (через Ворота) из этой P-области. Также напряжение этой P-области может контролироваться намного лучше через низкоомный контакт. Это также позволяет затвору понижать напряжение этой P-области относительно катода, что смещает катодное (N +) к сторожевому (P) соединение в обратном направлении и блокирует ток катода.

Определение

в кембриджском словаре английского языка

В первичной низковольтной цепи это тиристорных ключа; во вторичной высоковольтной цепи — газовый разрядник. Эти стабилизаторы основаны на автотрансформаторе, который управляется двумя наборами тиристорных пакетов .Из

Википедия