Tiristorių komutacijos metodai galios elektronikoje

Išbandykite Mūsų Instrumentą, Kaip Pašalinti Problemas





Dauguma keitiklio įranga ir perjungimo režimu naudojamų maitinimo šaltinių naudojimas galios elektronika komponentai, tokie kaip tiristoriai, MOSFET ir kiti galios puslaidininkiniai įtaisai, skirti aukšto dažnio perjungimo operacijoms esant didelei galiai. Apsvarstykite tiristorius, kuriuos mes dažnai naudojame kaip bistabilus jungiklius keliose programose. Šie tiristoriai naudoja jungiklius, kuriuos reikėjo įjungti ir išjungti. Tiristoriams įjungti yra keletas tiristorių, įjungiančių metodus, vadinamus tiristorių paleidimo metodais. Tiristorių išjungimui yra metodų, vadinamų tiristorių komutavimo metodais arba metodais. Prieš diskutuodami apie tiristorių komutavimo metodus, turime ką nors žinoti apie tiristorių pagrindus, tokius kaip tiristorius, tiristoriaus veikimas, skirtingų tipų tiristoriai ir tiristorių įjungimo metodai.

Kas yra tiristorius?

Nuo dviejų iki keturių švino puslaidininkių įtaisų, susidedančių iš keturių besikeičiančių N ir P tipo medžiagų sluoksnių, vadinami tiristoriai. Jie paprastai naudojami kaip dviejų stabilių jungikliai, kurie veiks tik tada, kai suveiks tiristoriaus vartų gnybtas. Tiristorius taip pat vadinamas siliciu valdomu lygintuvu arba SCR.




Tiristorius

Tiristorius

Kas yra SCR komutacija?

Komutavimas yra ne kas kita, kaip SCR išjungimo metodas. Tai yra vienas metodas, naudojamas SCR ar tiristoriui perjungti iš ON būsenos į OFF padėtį. Mes žinome, kad SCR galima suaktyvinti naudojant vartų signalą link SCR, kai jis yra nukreiptas į priekį. Bet SCR reikia išjungti, kai to reikia norint valdyti energiją, kitaip galios kondicionavimą.



Komutacinė grandinė SCR

Komutacinė grandinė SCR

Kai SCR juda persiuntimo laidumo režimu, jo vartų terminalas praranda kontrolę. Tam, norint išjungti tiristorių / SCR, reikėtų naudoti tam tikrą papildomą grandinę. Taigi, ši papildoma grandinė vadinama komutacine grandine.

Taigi šis terminas daugiausia naudojamas perduodant srovę iš vieno ane į kitą. Komutacijos grandinė daugiausia sumažina priekinę srovę iki nulio, kad išjungtų tiristorių. Taigi, norint išjungti tiristorių, kai jis dirbs, turėtų būti įvykdytos šios sąlygos.

  • Tiristoriaus arba SCR priekinė srovė turėtų būti sumažinta iki nulio, kitaip, esant išlaikymo srovės lygiui.
  • Turėtų būti užtikrinta pakankamai atvirkštinė įtampa per SCR / tiristorių, kad būtų atkurta jo blokavimo į priekį būklė.

Išjungus SCR, sumažinant srovę iki nulio, skirtinguose sluoksniuose yra perteklinių krūvininkų. Norint atkurti tiristoriaus blokavimą į priekį, šie pertekliniai krūvininkai turėtų būti rekombinuoti. Taigi, šis rekombinacijos metodas gali paspartėti, taikant atvirkštinę įtampą tiristore.


Tiristoriaus komutacijos metodai

Kaip mes tyrėme aukščiau, tiristorius gali būti įjungtas suveikus vartų gnybtui su žemos įtampos trumpalaikiu impulsu. Bet po įjungimo jis veiks nuolat, kol tiristorius bus atvirkštinis arba apkrovos srovė nukris iki nulio. Šis nuolatinis tiristorių laidumas sukelia problemų kai kuriose programose. Tiristoriaus išjungimui naudojamas procesas vadinamas komutavimu. Vykdant komutacijos procesą, tiristoriaus darbo režimas pakeičiamas iš priekinio laidumo į priekinį blokavimo režimą. Taigi, norint išjungti tiristorių komutavimo metodus arba tiristorių komutavimo metodus.

Tiristorių komutavimo metodai skirstomi į du tipus:

  • Natūrali komutacija
  • Priverstinis keitimas

Natūrali komutacija

Apskritai, jei atsižvelgsime į kintamosios srovės tiekimą, srovė tekės per nulinę perėjimo liniją, eidama nuo teigiamos smailės iki neigiamos smailės. Taigi vienu metu įrenginyje pasirodys atvirkštinė įtampa, kuri tuoj pat išjungs tiristorių. Šis procesas vadinamas natūraliu komutavimu, nes tiristorius natūraliai išjungiamas nenaudojant jokių išorinių komponentų ar grandinės ar maitinimo komutacijos tikslais.

Natūralų komutavimą galima pastebėti kintamosios srovės įtampos valdikliuose, fazėmis valdomuose lygintuvuose ir ciklokonverteriuose.

Priverstinis keitimas

Tiristorius gali būti išjungtas atvirkštiniu SCR įtempimu arba naudojant aktyvius arba pasyvius komponentus. Tiristoriaus srovę galima sumažinti iki vertės, žemesnės už laikančiosios srovės vertę. Kadangi tiristorius priverstinai išjungtas, jis vadinamas priverstiniu komutacijos procesu. pagrindiniai elektronikos ir elektriniai komponentai tokie kaip induktyvumas ir talpa yra naudojami kaip komutavimo elementai komutavimo tikslais.

Priverstinį komutavimą galima stebėti naudojant nuolatinės srovės maitinimą, todėl jis dar vadinamas DC komutavimu. Priverstinio komutavimo procesui naudojama išorinė grandinė vadinama komutacine grandine, o šioje grandinėje naudojami elementai - komutaciniais elementais.

Priverstinio komutavimo metodų klasifikacija

Tiristorių komutavimo metodų klasifikacija aptariama toliau. Jo klasifikacija daugiausia atliekama atsižvelgiant į tai, ar komutacijos impulsas yra srovės įtampos impulso impulsas, ar jis yra sujungtas nuosekliai / lygiagrečiai per komutuojamą SCR, ar signalas teikiamas per pagalbinį ar pagrindinį tiristorių, ar komutacijos grandinė įkraunama iš pagalbinio ar pagrindinio šaltinio. Inverterių klasifikaciją daugiausia galima atlikti pagal komutacinių signalų vietą. Priverstinį komutavimą galima suskirstyti į skirtingus metodus taip:

  • A klasė: savaime pakeista rezonuojančia apkrova
  • B klasė: savarankiškai pakeista LC grandine
  • C klasė: „Cor L-C“, perjungta kitu krovinį nešančiu SCR
  • D klasė: C arba L-C, perjungta pagalbiniu SCR
  • E klasė: išorinis impulsinis šaltinis komutacijai
  • F klasė: kintamosios srovės linijos komutavimas

A klasė: savaime pakeista rezonuojančia apkrova

A klasė yra viena iš dažnai naudojamų tiristorių komutacijos metodų. Jei tiristorius suveikia arba įjungiamas, anodo srovė tekės įkraunant kondensatorius C su tašku teigiamas. Antrosios eilės nepakankamai slopinamą grandinę sudaro induktoriaus arba kintamosios srovės rezistorius , kondensatorius ir rezistorius. Jei srovė kaupiasi per SCR ir užbaigia pusinį ciklą, induktoriaus srovė tekės per SCR atvirkštine kryptimi, kuri išjungs tiristorių.

A klasės tiristoriaus komutacijos metodas

A klasės tiristoriaus komutacijos metodas

Po tiristoriaus komutavimo arba tiristoriaus išjungimo kondensatorius eksponentiniu būdu pradės iškrauti iš didžiausios vertės per rezistorių. Tiristorius bus atvirkštinio poslinkio būsenos tol, kol kondensatoriaus įtampa grįš į maitinimo įtampos lygį.

B klasė: savaime pakeista L-C grandine

Pagrindinis skirtumas tarp A ir B klasės tiristorių komutavimo metodų yra tas, kad LC yra nuosekliai sujungtas su A klasės tiristoriais, tuo pačiu metu lygiagrečiai su B klasės tiristoriais. Prieš įjungiant SCR, kondensatorius įkraunamas (taškas rodo teigiamas). Jei SCR suveikia arba jam įjungiamas impulsas, gaunama srovė turi du komponentus.

B klasės tiristorių komutavimo metodas

B klasės tiristorių komutavimo metodas

Nuolatinę apkrovos srovę, tekančią per R-L apkrovą, užtikrina didelis reaktyvumas, nuosekliai sujungtas su apkrova, kuri užspaudžiama laisvo rato diodu. Jei sinusinė srovė teka per rezonansinę L-C grandinę, tada kondensatorius C pusės ciklo pabaigoje įkraunamas kaip neigiamas taškas.

Visa srovė, tekanti per SCR, tampa nuline, o atvirkštinė srovė, tekanti per SCR, priešinga apkrovos srovei, kai maža neigiamo svyravimo dalis. Jei rezonansinės grandinės srovė arba atvirkštinė srovė tampa tik didesnė už apkrovos srovę, SCR bus išjungtas.

C klasė: C arba L-C, perjungta kita krovinio nešimo SCR

Taikant pirmiau minėtus tiristorių komutavimo metodus, mes stebėjome tik vieną SCR, tačiau šiose tiristoriaus C klasės komutacijos technikose bus du SCR. Vienas SCR laikomas pagrindiniu tiristoriumi, o kitas - pagalbiniu tiristoriumi. Pagal šią klasifikaciją abu gali veikti kaip pagrindiniai SCR, nešantys apkrovos srovę, ir jie gali būti suprojektuoti su keturiais SCR, kurių apkrova yra kondensatoriuje, naudojant integruotą keitiklį tiekiant srovės šaltinį.

C klasės tiristorių komutavimo metodas

C klasės tiristorių komutavimo metodas

Jei suveiks tiristorius T2, kondensatorius bus įkrautas. Jei suveiks tiristorius T1, kondensatorius išsikraus ir ši C išlydžio srovė priešinsis apkrovos srovės srautui T2, kai kondensatorius per T1 bus perjungtas per T2.

D klasė: L-C arba C perjungiama pagalbiniu SCR

C ir D klasės tiristorių komutavimo metodus galima atskirti nuo D klasės apkrovos srovės: tik vienas iš SCR neš apkrovos srovę, o kitas veikia kaip pagalbinis tiristorius, tuo tarpu C klasėje abu SCR veiks apkrovos srovę. Pagalbinį tiristorių sudaro jo anode esantis rezistorius, kurio varža yra maždaug dešimt kartų didesnė už apkrovos varžą.

D klasės tipas

D klasės tipas

Įjungus Ta (pagalbinį tiristorių), kondensatorius įkraunamas iki maitinimo įtampos, tada Ta išsijungs. Papildoma įtampa, jei yra, dėl didelio induktyvumo įėjimo linijose bus išleidžiama per diodo-induktoriaus-apkrovos grandinę.

Jei suveikia Tm (pagrindinis tiristorius), srovė tekės dviem keliais: komutacinė srovė tekės per C-Tm-L-D kelią, o apkrovos srovė tekės per apkrovą. Jei kondensatoriaus krūvis yra pakeistas ir palaikomas tame lygyje naudojant diodą ir jei Ta vėl įjungiamas, tada kondensatoriaus įtampa pasirodys per Tm per Ta. Taigi pagrindinis tiristorius Tm bus išjungtas.

E klasė: išorinis impulsinis šaltinis komutacijai

Taikant E klasės tiristorių komutavimo metodus, transformatorius negali prisotinti (nes jame yra pakankamai geležies ir oro tarpo) ir galintis nešti apkrovos srovę su nedideliu įtampos kritimu, palyginti su maitinimo įtampa. Jei suveikia tiristorius T, srovė tekės per apkrovos ir impulso transformatorių.

E klasės tipas

E klasės tipas

Išorinis impulsų generatorius naudojamas teigiamam impulsui generuoti, kuris tiekiamas į tiristoriaus katodą per impulsinį transformatorių. Kondensatorius C įkraunamas maždaug iki 1 V ir laikoma, kad išjungimo impulso trukmės impedancija yra nulinė. Tiristoriaus įtampa yra pakeista impulso iš elektros transformatorius kuris tiekia atvirkštinę atkūrimo srovę, ir reikiamą išjungimo laiką palaiko neigiamą įtampą.

F klasė: kintamosios srovės linija

Taikant F klasės tiristorių komutavimo metodus, tiekimui naudojama kintama įtampa, o šio teigiamo pusės ciklo metu tekės apkrovos srovė. Jei apkrova yra labai indukcinė, srovė išliks tol, kol indukcinėje apkrovoje sukaupta energija išsisklaidys. Neigiamo pusės ciklo metu, kai apkrovos srovė tampa lygi nuliui, tiristorius išsijungs. Jei įtampa egzistuoja prietaiso vardinio išjungimo laiko periodą, neigiamas įtampos poliškumas per išeinantį tiristorių jį išjungs.

F klasės tipas

F klasės tipas

Čia pusės ciklo trukmė turi būti didesnė už tiristoriaus išsijungimo laiką. Šis komutavimo procesas yra panašus į trifazio keitiklio koncepciją. Apsvarstykime, pirmiausia T1 ir T11 veikia su keitiklio paleidimo kampu, kuris yra lygus 60 laipsnių ir veikia nepertraukiamo laidumo režimu su labai indukcine apkrova.

Jei suveiks tiristoriai T2 ir T22, akimirksniu srovė per įeinančius įrenginius nepakils iki apkrovos srovės lygio. Jei srovė per įeinančius tiristorius pasiekia apkrovos srovės lygį, bus pradėtas išeinančių tiristorių komutavimo procesas. Ši atvirkštinė tiristoriaus įtempimo įtampa turėtų būti tęsiama tol, kol bus pasiekta priekinio blokavimo būsena.

Tiristoriaus komutacijos metodų gedimas

Tiristoriaus komutacijos gedimas dažniausiai atsiranda dėl to, kad jie yra komutuojami linijoje, o įtampos kritimas gali sukelti nepakankamą įtampą, kad būtų galima komutuoti, todėl sukelia gedimą, kai įjungiamas šis tiristorius. Taigi komutacijos gedimas įvyksta dėl kelių priežasčių, iš kurių kai kurios aptariamos toliau.
Tiristoriai užtikrina gana lėtą atvirkštinio atkūrimo laiką, todėl pagrindinė atvirkštinė srovė gali tiekti laidumą. Tai gali reikšti „gedimo srovę“, kuri atsiranda cikliniu būdu, kai susijęs elektros energijos išsiskyrimas matomas SCR gedimo atveju.

Elektros grandinėje komutacija iš esmės yra tada, kai srovės srautas teka iš vienos grandinės šakos į kitą. Komutacijos gedimas dažniausiai įvyksta, kai kelio pakeitimas nepavyksta dėl bet kokios priežasties.
Inverterio ar lygintuvo grandinei, naudojančiai SCR, komutacijos gedimas gali įvykti dėl dviejų pagrindinių priežasčių.

Jei tiristoriaus nepavyksta įjungti, srovės srautas nesikeis ir komutacijos metodas nesieks. Panašiai, jei tiristorius netenka išsijungti, srovės srautas gali iš dalies pasikeisti link kito šakos. Taigi tai taip pat laikoma nesėkme.

Natūralios komutacijos ir priverstinės komutacijos technikos skirtumas

Skirtumai tarp natūralios komutacijos ir priverstinės komutacijos aptariami toliau.

Natūrali komutacija

Priverstinis keitimas

Natūraliam komutavimui įvestyje naudojama kintama įtampaPriverstinio komutavimo metu įėjime naudojama nuolatinė įtampa
Jis nenaudoja išorinių komponentųTam naudojami išoriniai komponentai
Šis komutavimas naudojamas kintamosios įtampos valdiklyje ir valdomuose lygintuvuose.Jis naudojamas inverteriuose ir smulkintuvuose.
SCR arba tiristorius išsijungs dėl neigiamos maitinimo įtamposSCR arba tiristorius deaktyvuos tiek dėl įtampos, tiek dėl srovės,
Komutavimo metu galios neprarandamaKomutavimo metu galios praradimas
NemokamaiDidelės išlaidos

Tiristorių galima tiesiog vadinti valdomu lygintuvu. Yra įvairių tipų tiristoriai, kurie naudojami kuriant galios elektroniką novatoriški elektros projektai . Tiristoriaus įjungimo procesas, suteikiant trigerio impulsus vartų terminalui, vadinamas trigeriu. Tiristoriaus išjungimo procesas vadinamas komutacija. Tikiuosi, kad šiame straipsnyje pateikiama trumpa informacija apie skirtingus tiristoriaus komutavimo būdus. Tolesnė techninė pagalba bus teikiama remiantis jūsų komentarais ir klausimais toliau pateiktame komentarų skyriuje.