Управляемые выпрямители принцип действия: принцип работы, схемы выпрямления при работе на активную и активно-индуктивную нагрузки.

принцип работы, схемы выпрямления при работе на активную и активно-индуктивную нагрузки.

В
ряде случаев от ВУ требуется не только
преобразовать переменный ток в постоянный,
но и обеспечить возможность регулирования
(управления) постоянной составляющей
выпрямленного напряжения. ВУ, выполняющие
указанные функции, называют управляемыми
выпрямителями.

Элемент
управляемых выпрямителей – тиристор.

В
источниках питания тиристор используется
для регулирования (стабилизации)
напряжения в управляемых выпрямителях
и стабилизаторах напряжения в цепи
переменного тока. Изменение фазы подачи
управляющего импульса на тиристор по
отношению к точке “естественной”
коммутации (коммутация в неуправляемых
выпрямителях) изменяет уровень напряжения
на нагрузке. Кроме того, тиристор нашел
широкое применение в защитных устройствах.

В
состав выпрямителя входят тиристоры.
Включение тиристора, происходит при
выполнении двух условий: а) напряжение
между анодом и катодом тиристора должно
быть положительным; б) на управляющий
электрод тиристора должен поступить
управляющий импульс. Тиристор выключается
при уменьшении тока через него до нуля.

Выпрямители
обеспечивают при параллельном включении
работу на одну нагрузку, при условии,
что каждый выпрямитель получает питание
от индивидуального трансформатора или
от двух вторичных обмоток одного
трёхобмоточного трансформатора.
Обслуживание выпрямителей двухстороннее.

Основные
пар-ры:

—
допустимый прямой ток (среднее значение)
и допустимое обратное напряжение
(амплитудное значение).

—
максимально допустимое прямое напряжение
(напряжение, при котором тиристор будет
переходить в проводящее состояние при
отсутствии импульса управления).

—
прямое падение напряжения на открытом
тиристоре.

—
ток удержания.

—
время отпирания (включения).

—
время восстановления управляемости
(запирания).

—
тепловое сопротивление.

12.Однофазный
мостовой управляемый выпряимтель с
активной и активно-индуктивной
нагрузкой.принцип работы,временные
диаграммы,среднее значение выпрямленного
напряжения.Элементы схем управления
тиристорных выпрямителей.

При
полном числе тиристоров схема управления
формирует им­пульсы, обеспечивающие
на интервале каждого полупериода
измене­ния ЭДС е₂
отпирание соответствующих диагональных
тиристоров. Так, на полупериоде, когда
е₂
направлена снизу вверх, как показано
на рис. 3.11,а, схема управления обеспечивает
отпирание тиристо­ров VS2,
VS3
(рис. 3.11,в).

В
случае же разрывных токов дросселя
выключение ранее от­крытой пары
тиристоров будет происходить в общем
случае раньше, чем схема управления
обеспечит открытие другой диагональной
па­ры тиристоров. Кривые напряжения
u₀₁
и
тока iо
для такого режима работы выпрямителя
приведены на рис. 3.11,в. Как следует из
кри­вой io(w_1t),
на интервале первого полупериода
изменения ЭДС е₂
ток i₀
спадает до 0 в момент, соответствующий
углу ,
тогда
как тири­сторы VS2
и VS3
открываются в момент w1t
= а.

Рассмотрим
работу идеального выпрямителя в
установившем­ся режиме в предположении,
что индуктивность обмотки дросселя L
—»∞.
В момент, соответствующий w_1t
= а, включается
тиристор VS1
и напряжение u₀₁,
начиная с Этого
момента,
до момента, соот­ветствующему w1t
=π,
совпадает
с ЭДС е₂.
На этом интервале ток iо
замыкается по цепи: вывод а вторичной
обмотки трансформатора Т — тиристор
VS1
— CR_H
—
дроссель L
•— диод VD2
— вывод b
вто­ричной обмотки — вторичная обмотка
трансформатора Т — вывод а. При смене
полярности ЭДС е₂
ранее открытый диод VD2
ока­жется под обратным напряжением,
равным этой ЭДС. Энергия же запасенная
дросселем L
будет передавать в нагрузку через диод
VD1
и ранее открытый тиристор VS1,
так что на интервале π
≤w1t
≤π+а выходное
напряжение uqi
идеального
выпрямителя и тОк
вторичной(а
следовательно, и первичной) обмотки
трансформатора Т равны О (рис. 3.11,г).
После открытия тиристора VS2
в момент w1t
=π+а напряжение
uo1
снова
совпадает с ЭДС е₂.

Каждый
из тиристоров и диодов в схеме рис.
3.11,б» работает, как и в случае
неуправляемого выпрямителя, в течение
половины периода, следовательно,
выражения для действующего и среднего
значений токов для этих приборов,
полученные ранее в разд. 3.2, остаются
справедливыми.

Поскольку
длительность работы вторичной и первичной
обмоток трансформатора в управляемом
выпрямителе (рис. 3.11б) на интер­вале
полупериода в (
—
а)/π
раз
меньше по сравнению с неуправляемым
выпрямителем,
то и действующие значения этих токов в
\/((
—
а)/π
раз
оказываются меньше.Если всю эту хрень
расчитать,то Расчет
показывает, что при а
=
60 эл. град коэффициент мощно­сти
управляемого выпрямителя рис.
3.11,б»оказывается равным 0,826, тогда
как для выпрямителя рис. 3.11,а он оказывается
равным 0,45.

принцип работы, схема, область применения

С целью управления напряжением в сети используются электронные выпрямители. Данные устройства работают путем изменения частоты. Многие модификации разрешается применять в сети переменного тока.

К основным параметрам выпрямителей относится проводимость. Также стоит учитывать показатель допустимого перенапряжения. Для того чтобы более детально разобраться в вопросе, надо рассмотреть схему выпрямителя.

Устройство модификаций

Схема выпрямителя предполагает использование контактного тиристора. Стабилизатор, как правило, применяется переходного типа. В некоторых случаях он устанавливается с системой защиты. Еще имеется множество модификаций на триодах. Работают данные устройства при частоте от 30 Гц. Для коллекторов они неплохо подходят. Также схема выпрямителя включает в себя компараторы низкой проводимости. Чувствительность у них соответствует показателю не менее 10 мВ. Определенный класс устройств оснащается варикапом. За счет этого модификации можно подключать к однофазной цепи.

Как это работает?

Как говорилось ранее, выпрямитель работает за счет изменения частоты. Первоначально напряжение попадает на тиристоры силовые. Процесс преобразования тока осуществляется при помощи триода. Чтобы избежать перегрева устройства, имеется стабилизатор. При появлении волновых помех в работу включается компаратор.

Область применения устройств

Наиболее часто устройства устанавливаются в трансформаторы. Также есть модификации для приводных модулей. Еще не стоит забывать про автоматизированные устройства, которые используются на производстве. В модуляторах выпрямители играют роль регулятора напряжения. Однако в данном случае многое зависит от типа устройства.

Существующие типы модификаций

По конструкции выделяют полупроводниковые, тиристорные и мостовые модификации. В отдельную категорию относят силовые устройства, которые могут работать при повышенной частотности. Двухполупериодные модели для этих целей не подходят. Дополнительно выпрямители отличают по фазе. На сегодняшний день можно встретить одно-, двух- и трехфазные устройства.

Полупроводниковые модели

Полупроводниковые выпрямители замечательно подходят для понижающих трансформаторов. Многие модификации выпускаются на базе коннекторных конденсаторов. Проводимость на входе у них не превышает 10 мк. Также стоит отметить, что полупроводниковые выпрямители отличаются по чувствительности. Устройства до 5 мВ способны использоваться при напряжении 12 В.

Системы защиты у них применяются класса Р30. Для подключения модификаций используются переходники. При напряжении 12 В параметр перезарузки в среднем равен 10 А. Модификации с обкладками выделяются высоким параметром рабочей температуры. Многие устройства способны работать от транзисторов. Для понижения искажений используются фильтры.

Особенности тиристорных устройств

Тиристорный выпрямитель предназначен для регулировки напряжения в сети постоянного тока. Если говорить про модификации низкой проводимости, то у них используется только один триод. Предельное напряжение при загрузке в 2 А составляет не менее 10 В. Система защиты у представленных выпрямителей используется, как правило, класса Р44. Также стоит отметить, что модели хорошо подходят для силовых проводников. Как работает трансформатор на тиристорных выпрямителях? В первую очередь напряжение попадает на реле.

Преобразование постоянного тока происходит благодаря транзистору. Для контроля выходного напряжения используются конденсаторные блоки. У многих моделей имеется несколько фильтров. Если говорить про недостатки выпрямителей, то стоит отметить, что у них высокие тепловые потери. При выходном напряжении свыше 30 В, показатель перегрузки значительно снижается. Дополнительно стоит учитывать высокую цену на тиристорный выпрямитель.

Мостовые модификации

Мостовые выпрямители работают при частоте не более 30 Гц. Угол управления зависит от триодов. Компараторы в основном крепятся через диодные проводники. Для силового оборудования модели подходят не лучшим образом. Для модулей применяются стабилизаторы с низкоомным переходником. Если говорить про минусы, то следует учитывать низкую проводимость при высоком напряжении. Системы защиты, как правило, применяются класса Р33.

Многие модификации подключаются через дипольный триод. Как работает трансформатор на этих выпрямителях? Первоначально напряжение подается на первичную обмотку. При напряжении свыше 10 В в работу включается преобразователь. Изменение частоты осуществляется при помощи обычного компаратора. С целью уменьшения тепловых потерь на мостовой управляемый выпрямитель устанавливается варикап.

Силовые устройства

Силовые выпрямители в последнее время считаются очень распространенными. Показатель перегрузки при невысоком напряжении у них не превышает 15 А. Система защиты в основном используется серии Р37. Модели применяются для понижающих трансформаторов. Если говорить про конструктивные особенности, то важно отметить, что устройства выпускаются с пентодами. Они выделяются хорошей чувствительностью, но у них низкий параметр рабочей температуры.

Конденсаторные блоки разрешается применять на 4 мк. Выходное напряжение свыше 10 В задействует преобразователь. Фильтры, как правило, используются на два изолятора. Также стоит отметить, что на рынке имеется множество выпрямителей с контроллерами. Основное их отличие кроется в возможности работы при частоте свыше 33 Гц. При этом перегрузка в среднем соответствует 10 А.

Двухполупериодные модификации

Двухполупериодный однофазный выпрямитель способен работать на разных частотах. Основное преимущество модификаций кроется в высоком параметре рабочей температуры. Если говорить про конструктивные особенности, то важно отметить, что тиристоры силовые используются интегрального типа, и проводимость у них не превышает 4 мк. При напряжении 10 В система в среднем выдает 5 А.

Системы защиты довольно часто применяются серии Р48. Подключение модификаций осуществляется через адаптеры. Также стоит отметить недостатки выпрямителей этого класса. В первую очередь это низкая восприимчивость к магнитным колебаниям. Параметр перегрузки порой может быстро изменяться. При частоте ниже 40 Гц чувствуются перепады тока. Еще эксперты отмечают, что модели не способны работать на одном фильтре. Дополнительно для устройств не подходят полевые транзисторы.

Однофазные устройства

Однофазный управляемый выпрямитель способен выполнять множество функций. Устанавливают модели чаще всего на силовые трансформаторы. При частоте 20 Гц параметр перегрузки в среднем не превышает 50 А. Система защиты у выпрямителей используется класса Р48. Многие эксперты говорят о том, что модели не боятся волновых помех и отлично справляются с импульсными скачками. Есть ли недостатки у моделей данного типа? В первую очередь они касаются низкого тока при высокой загруженности. Чтобы решить эту проблему, устанавливаются компараторы. Однако стоит учитывать, что они не могу работать в цепи переменного тока.

Дополнительно периодически возникают проблемы с проводимостью тока. В среднем данный параметр равен 5 мк. Понижение чувствительности сильно влияет на работоспособность триода. Если рассматривать однофазные неуправляемые выпрямители, то обкладки у них используется с переходником. У многих моделей имеется несколько изоляторов. Также стоит отметить, что выпрямители данного типа не подходят для понижающих трансформаторов. Стабилизаторы чаще всего применяются на три выхода, и предельное напряжение у них не должно превышает 50 В.

Параметры двухфазных устройств

Двухфазные выпрямители производятся для цепей постоянного и переменного тока. Многие модификации эксплуатируются на триодах контактного типа. Если говорить про параметры модификаций, то стоит отметить малое напряжение при больших перегрузках. Таким образом, устройства плохо подходят для силовых трансформаторов. Однако преимуществом устройств считается хорошая проводимость.

Чувствительность у моделей стартует от 55 мВ. При этом тепловые потери незначительные. Компараторы применяются на две обкладки. Довольно часто модификации подключают через один переходник. При этом изоляторы предварительно проверяются на выходное сопротивление.

Трехфазные модификации

Трехфазные выпрямители активно применяются на силовых трансформаторах. У них очень высокий параметр перегрузки, и они способны работать в условиях повышенной частотности. Если говорить про конструктивные особенности, то важно отметить, что модели собираются с конденсаторными блоками. За счет этого модификации разрешается подключать к цепи постоянного тока и не бояться про волновые помехи. Импульсные скачки блокируются за счет фильтров. Подключение через переходник осуществляется при помощи преобразователя. У многих моделей имеется три изолятора. Выходное напряжение при 3 А не должно превышать 5 В.

Дополнительно стоит отметить, что выпрямители этого типа используются при больших перегрузках сети. Многие модификации оснащаются блокираторами. Понижение частоты происходит при помощи компараторов, которые устанавливаются над конденсаторной коробкой. Если рассматривать релейные трансформаторы, то для подключения модификаций потребуется дополнительный переходник.

Модели с контактным компаратором

Управляемые выпрямители с контактным компаратором в последнее время пользуются большим спросом. Среди особенностей модификаций стоит отметить высокую степень перегрузки. Системы защиты в основном применяются класса Р55. Работают устройства с одной конденсаторной коробкой. При напряжении 12 В выходной ток равен не менее 3 А. Многие модели способны похвастаться высокой проводимостью при частоте 5 Гц.

Стабилизаторы довольно часто применяются низкоомного типа. Они хорошо себя показывают в цепи переменного тока. На производстве выпрямители применяются для работы силовых трансформаторах. Допустимый уровень проводимости у них равен не более 50 мк. Рабочая температура в данном случае зависит от типа динистора. Как правило, они устанавливаются с несколькими обкладками.

Устройства с двумя компараторами

Электронные выпрямители с двумя компараторами ценятся за высокий параметр выходного напряжения. При перегрузке в 5 А модификации способны работать без тепловых потерь. Коэффициент сглаживания у выпрямителей не превышает 60 %. Многие модификации обладают качественной системой защиты серии Р58. В первую очередь она призвана справляться с волновыми помехами. При частоте 40 Гц устройства в среднем выдают 50 мк. Тетроды для модификаций используются переменного типа, и чувствительность у них равна не более 10 мВ.

Есть ли недостатки у выпрямителей данного типа? В первую очередь надо отметить, что их запрещается подключать к понижающим трансформаторам. В сети постоянного тока у моделей малый параметр проводимости. Рабочая частотность в среднем соответствует 55 Гц. Под однополюсные стабилизаторы модификации не подходят. Чтобы использовать устройства на силовых трансформаторах, применяется два переходника.

Отличие модификаций с электродным триодом

Управляемые выпрямители с электродными триодами ценятся за высокий параметр выходного напряжения. При низких частотах они работают без тепловых потерь. Однако стоит учитывать, что параметр перегрузки в среднем равен 4 А. Все это говорит о том, что выпрямители не способны работать в сети постоянного тока. Фильтры разрешается применять лишь на две обкладки. Выходное напряжение, как правило, соответствует 50 В, а система защиты используется класса Р58. Для того чтобы подключить устройство, применяется переходник. Коэффициент сглаживания у выпрямителей данного типа составляет не менее 60 %.

Модели с емкостным триодом

Управляемые выпрямители с емкостным триодом способны работать в сети постоянного тока. Если рассматривать параметры модификаций, то можно отметить высокое входное напряжение. При этом перегрузка при работе не будет превышать 5 А. Система защиты используется класса А45. Некоторые модификации подходят для силовых трансформаторов.

В данном случае многое зависит от конденсаторного блока, который установлен в выпрямителе. Как утверждают эксперты, номинальное напряжение многих модификаций составляет 55 В. Выходной ток в системе составляет 4 А. Фильтры для модификаций подходят переменного тока. Коэффициент сглаживания у выпрямителей составляет 70 %.

Устройства на базе канального триода

Управляемые выпрямители с канальными триодами отличаются высокой степенью проводимости. Модели данного типа замечательно подходят для понижающих трансформаторов. Если говорить про конструкцию, то стоит отметить, что модели всегда производятся с двумя коннекторами, а фильтры у них используются на изоляторах. Если верить экспертам, то проводимость при частоте 40 Гц сильно не меняется.

Есть ли недостатки у данных выпрямителей? Тепловые потери являются слабой стороной модификаций. Многие эксперты отмечают низкую проводимость коннекторов, которые устанавливаются на выпрямители. Чтобы решить проблему, применяются кенотроны. Однако их не разрешается использовать в сети постоянного тока.

Отличие модификаций

Выпрямители на 12 В используются только для понижающих трансформаторов. Компараторы в устройствах устанавливаются с фильтрами. Предельная перегрузка модификаций составляет не более 5 А. Системы защиты довольно часто применяются класса Р48. Для преодоления волновых помех они замечательно подходят. Еще часто применяются преобразовательные стабилизаторы, у которых высокий коэффициент сглаживания. Если говорить про недостатки модификаций, то стоит отметить, что выходной ток в устройствах составляет не более 15 А.

Управляемые выпрямители — устройство схемы принцип работы

Для регулировки выходного напряжения в цепях переменного тока с выпрямлением применяют управляемые выпрямители. Наряду с другими способами управления выходным напряжением после выпрямителя, такими как ЛАТР или реостат, управляемый выпрямитель позволяет добиться большего КПД при высокой надежности схемы, чего нельзя сказать ни о регулировании при помощи ЛАТРа, ни о реостатном регулировании.

Использование управляемых вентилей более прогрессивно и гораздо менее громоздко. Лучше всего на роль управляемых вентилей подходят тиристоры.

В исходном состоянии тиристор заперт, а возможных устойчивых состояний у него два: закрытое и открытое (проводящее). Если напряжение источника выше нижней рабочей точки тиристора, то при подаче на управляющий электрод импульса тока, тиристор перейдет в проводящее состояние, а следующие импульсы, подаваемые на управляющий электрод никак не отразятся на анодном токе, то есть цепь управления отвечает только за открывание тиристора, но не за его запирание. Можно утверждать, что тиристоры обладают значительным коэффициентом усиления по мощности.

Для выключения тиристора необходимо снизить его анодный ток, чтобы он стал меньше тока удержания, что достигается путем понижения напряжения питания или увеличением сопротивления нагрузки.

Тиристоры в открытом состоянии способны проводить токи до нескольких сотен ампер, но при этом тиристоры довольно инерционны. Время включения тиристора составляет от 100 нс до 10 мкс, а время выключения в десять раз больше — от 1 мкс до 100 мкс.

Чтобы тиристор работал надежно, скорость нарастания анодного напряжения не должна превышать 10 — 500 в/мкс, в зависимости от модели компонента, иначе может произойти ложное включение за счет действия емкостного тока через p-n переходы.

Чтобы избежать ложных включений, управляющий электрод тиристора всегда шунтируют резистором, сопротивление которого обычно лежит в диапазоне от 51 до 1500 Ом.

Помимо тиристоров для регулирования выходного напряжения в выпрямителях используют и другие полупроводниковые приборы: симисторы, динисторы и запираемые тиристоры. Динисторы включаются по напряжению, приложенному к аноду, и имеют они два электрода, как диоды.

Симисторы отличаются возможностью включения управляющими импульсами хоть относительно анода, хоть — относительно катода, однако все эти приборы, как и тиристоры, выключаются снижением анодного тока до значения ниже тока удержания. Что касается запираемых тиристоров, то они могут запираться подачей на управляющий электрод тока обратной полярности, однако коэффициент усиления при выключении в десять раз ниже, чем при включении.

Тиристоры, симисторы, динисторы, управляемые тиристоры, — все эти приборы используются в источниках питания и в схемах автоматики для регулирования и стабилизации напряжения и мощности, а также для целей защиты.

Как правило, в схемы управляемого выпрямления вместо диодов ставят именно тиристоры. В однофазных мостах точка включения диода и точка включения тиристора отличаются, имеет место разность фаз между ними, которую можно отразить рассмотрев угол.

Постоянная составляющая напряжения на нагрузке нелинейно связана с этим углом, поскольку напряжение питания изначально синусоидальное. Постоянная составляющая напряжения на нагрузке, подключенной после регулируемого выпрямителя может быть найдена по формуле:

Регулировочная характеристика тиристорного управляемого выпрямителя показывает зависимость выходного напряжения на нагрузке от фазы (от угла) включения моста:

На нагрузке индуктивного характера ток через тиристоры будет иметь прямоугольную форму, и при угле больше нуля будет происходить затягивание тока в связи с действием ЭДС самоиндукции от индуктивности нагрузки.

При этом основная гармоника сетевого тока будет сдвинута относительно напряжения на некоторый угол. Чтобы исключить затягивание применяют нулевой диод, через который ток может замыкаться и давать сдвиг меньше в два раза по отношению к углу включения моста.

Чтобы сократить количество полупроводников, прибегают к схеме несимметричного управляемого выпрямителя, где пара диодов заменяет собой нулевой диод, и результат получается тем же.

Схемы с вольтодобавкой также допускают применение тиристоров. Такие схемы позволяют достичь большего КПД. Минимальное напряжение дают диоды, а повышенное подается через тиристоры. В случае наивысшего потребления диоды все время закрыты, а угол включения тиристоров все время 0. Недостаток схемы — потребность в дополнительной обмотке трансформатора.

Однофазный управляемый выпрямитель — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Однофазный управляемый выпрямитель

Cтраница 1

Однофазные управляемые выпрямители имеют малую и среднюю мощность ( от единиц до десятков киловатт) и применяются в сварочных устройствах, электровибраторах, для зарядки аккумуляторов.
 [1]

Однофазные управляемые выпрямители выполняются по схеме с нулевым выводом трансформатора и мостовой схеме.
 [2]

На рис. 43, а показана схема однотактного однофазного управляемого выпрямителя. Основная цепь выпрямления тока, включающая силовой трансформатор, сопротивление нагрузки и управляемый вентиль не представляют ничего нового относительно других подобных простейших выпрямителей. Использование магнитного усилителя МУ дает возможность уменьшить расход мощности в цепи управления с напряжением [ / у, причем управление может быть осуществлено либо на постоянном, либо на переменном токе.
 [4]

На рис. 5.8, а приведен широко распространенный вариант двухполупериодного однофазного управляемого выпрямителя с понижающим трансформатором, имеющим вывод от средней точки вторичной обмотки. В обоих плечах обмотки установлены управляемые вентили. Нагрузка ( двигатель постоянного тока М) включена между средней точкой вторичной обмотки и катодами вентилей.
 [6]

В этом случае каждый вентиль выпрямителя начинает работать в режиме однофазного управляемого выпрямителя.
 [7]

В неуправляемом однофазном выпрямителе для выпрямления используются только диоды, в то время как в однофазных управляемых выпрямителях используются тиристоры с диодами или без них. Если в схеме используются только тиристоры, то выпрямитель называется двухполупериодным управляемым выпрямителем, а если используется комбинация тиристоров и диодов, то выпрямитель называется однопо-лупериодным выпрямителем.
 [8]

Преобразователь ППВ-05 ( рис. ПО, б) состоит из автогенератора-усилителя, работающего в качестве усилителя в режиме выпрямления, или генератора с самовозбуждением — в режиме преобразования; формирователя импульсов управления длительностью около 1 мс, напряжением до 20 В и силой тока до 2 А; инвертора-выпрямителя, представляющего собой мостовой однофазный управляемый выпрямитель в режиме выпрямления или параллельного вида в режиме преобразования; пускозащитного устройства, обеспечивающего устойчивое включение и автоматический повторный запуск преобразователя, если по какой-либо причине будет сорвана генерация преобразователя; устройства, обеспечивающего режимы заряда аккумуляторной батареи.
 [9]

Управляемым называют выпрямитель, содержащий управляемые диоды и позволяющий регулировать уровень выпрямленного напряжения. Рассмотрим принцип работы однофазного управляемого выпрямителя на примере схемы с нулевым выводом ( рис. 8.7, а) при активной нагрузке. Вентильными элементами в этой схеме являются тиристоры.
 [10]

Страницы:  

   1

Управляемые выпрямители — презентация онлайн

1. Лекция 7

Управляемые выпрямители
Тиристор – это 4-х слойный переключающий
полупроводниковый прибор структуры p-n-p-n
Область
применения:
управляемые
выпрямители и силовые преобразовательные
Управление
приборы.
относительно
анода
A
A
A
p
VD
У
VD
У
n
У
p
K
n
K
Управление
относительно
катода
K

3. Транзисторный аналог тиристора

При небольшом напряжении анодкатод VT1 и VT2 закрыты.
ik1=iБ2 – мал и недостаточен для
отпирания VT2;
iБ1=iк2 – мал для отпирания VT1.
При повышении напряжения UAK токи
увеличиваются:
ik1 ↑, iБ2 ↑, ik2 ↑, iБ1 ↑, ik1 ↑.
Развивается лавинообразный процесс
за счет положительной обратной связи.
Тиристор скачком откроется.
Этот процесс можно начать и при
небольшом
напряжении
UAK
управляющим импульсом У.
+
А
VT1
iБ1
У
ik2
ik1
VT2
iБ2
iЭ2
—
К

4. ВАХ тиристора

IА
IА max
Uобр.max
Iуд0
Iуд1
Iуд2
Uвкл3
Uвкл2
Uвкл1
Uвкл0 UАК
Uвкл
–
напряжение
включения тиристора при
Iу = 0;
Uвкл1, Uвкл2 – напряжения
включения тиристора при
соответствующих
токах
управления;
Iуд0 –
ток
удержания;
минимальный
ток,
удерживающий тиристор во
включенном состоянии.
Iуд0 ≈ (5-10) % Iа max

5. Управляемые выпрямители

Это выпрямители, выпрямленное напряжение
которых можно изменять (регулировать) в
процессе выпрямления.
uу1
IVD1
VD1
+
u1
u21
+
u22
—
RН
Id
UD
IVD2
VD2
uу2
Работа управляемого
выпрямителя на
активную нагрузку
u2
uУ1
uУ2
Принцип действия:
Ud
Id
U0
Принцип
регулирования
t основан на задержке момента
включения
тиристора
относительно
момента
естественного включения.
t
— угол регулирования, =0-π.
t
U0 — среднее значение
U0 выпрямленного напряжения.
t 0- : u = u -u = u — u =
VD1
A K
21
d
=u21- 0 = u21
Uобр.VD1
t -π: тиристор открыт, uVD1≈0
Uобр.max
π- (π+ ): uVD1 = uA – uK =
= — u21 – ud = — u21
(π+ )- 2 π: uVD1 = uA – uK =
= — u21 — u22 = — 2 u21

7. Работа управляемого выпрямителя на активную – индуктивную нагрузку (L→∞)

uу1
VD1
IVD1
+
u21
u1
—
L
RН
+
u22
UD
IVD2
VD2
uу2
Id
u2
uУ1
uУ2
Принцип действия:
t
t
Ud
Id
t
U0
U0
t
При =900, U0 = 0
0 ÷ : uVD1= uA-uK =
= u21+ u22 = 2 u21
÷ (π+ ): тиристор
открыт, uVD1≈0
(π+ ) ÷ 2 π:
uVD1 = uA – uK =
Uобр.VD1
t
Uобр.max
= — u21 — u22 = — 2 u21

9. Регулировочная характеристика управляемых выпрямителей

U 0
U0
1
Rн
U 0
f ( )
U0
U 0 постоянная составляющая при 0
U 0 постоянная составляющая при 0
(неуправляемый выпрямитель)
0,5
Rн, L→∞
Rн, L
π/2
π

Выпрямитель на тиристорах схема: тиристорный мост

Тиристор как диод

При разработке регулируемого источника питания без высокочастотного преобразователя разработчик сталкивается с такой проблемой, что при минимальном выходном напряжении и большом токе нагрузки на регулирующем элементе стабилизатор рассеивается большая мощность. До настоящего времени в большинстве случаев эту проблему решали так: делали несколько отводов у вторичной обмотки силового трансформатора и разбивали весь диапазон регулировки выходного напряжения на несколько поддиапазонов. Такой принцип использован во многих серийных источниках питания, например, УИП-2 и более современных. Понятно, что использование источника питания с несколькими поддиапазонами усложняется, усложняется также дистанционное управление таким источником питания, например, от ЭВМ.

Выходом мне показалось использование управляемого выпрямителя на тиристоре т. к. появляется возможность создания источника питания, управляемого одной ручкой установки выходного напряжения или одним управляющим сигналом с диапазоном регулировки выходного напряжения от нуля (или почти от нуля) до максимального значения. Такой источник питания можно будет изготовить из готовых деталей, имеющихся в продаже.

К настоящему моменту управляемые выпрямители с тиристорами описаны и весьма подробно в книгах по источникам питания, но практически в лабораторных источниках питания применяются редко. В любительских конструкциях они также редко встречаются (кроме, конечно, зарядных устройств для автомобильных аккумуляторов). Надеюсь, что настоящая работа поможет изменить это положение дел.

В принципе, описанные здесь схемы могут быть применены для стабилизации входного напряжения высокочастотного преобразователя, например, как это сделано в телевизорах “Электроника Ц432”. Приведенные здесь схемы могут также быть использованы для изготовления лабораторных источников питания или зарядных устройств.

Описание своих работ я привожу не в том порядке как я их проводил, а более или менее упорядочено. Сначала рассмотрим общие вопросы, затем “низковольтные” конструкции типа источников питания для транзисторных схем или зарядки аккумуляторов и затем “высоковольтные” выпрямители для питания схем на электронных лампах.

Работа тиристорного выпрямителя на емкостную нагрузку

В литературе описано большое количество тиристорных регуляторов мощности, работающих на переменном или пульсирующем токе с активной (например, лампы накаливания) или индуктивной (например, электродвигатель) нагрузкой. Нагрузкой же выпрямителя обычно является фильтр в котором для сглаживания пульсаций применяются конденсаторы, поэтому нагрузка выпрямителя может иметь емкостный характер.

Рассмотрим работу выпрямителя с тиристорным регулятором на резистивно-емкостную нагрузку. Схема подобного регулятора приведена на рис. 1.

Рис. 1.

Здесь для примера показан двухполупериодный выпрямитель со средней точкой, однако он может быть выполнен и по другой схеме, например, мостовой. Иногда тиристоры кроме регулирования напряжения на нагрузке Uн выполняют также функцию выпрямительных элементов (вентилей), однако такой режим допускается не для всех тиристоров (тиристоры КУ202 с некоторыми литерами допускают работу в качестве вентилей). Для ясности изложения предположим, что тиристоры используются только для регулирования напряжения на нагрузке Uн, а выпрямление производится другими приборами.

Принцип работы тиристорного регулятора напряжения поясняет рис. 2. На выходе выпрямителя (точка соединения катодов диодов на рис. 1) получаются импульсы напряжения (нижняя полуволна синусоиды “вывернута” вверх), обозначенные Uвыпр. Частота пульсаций fп на выходе двухполупериодного выпрямителя равна удвоенной частоте сети, т. е. 100Hz при питании от сети 50Hz. Схема управления подает на управляющий электрод тиристора импульсы тока (или света если применен оптотиристор) с определенной задержкой tз относительно начала периода пульсаций, т. е. того момента, когда напряжение выпрямителя Uвыпр становится равным нулю.

Рис. 2.

Рисунок 2 выполнен для случая, когда задержка tз превышает половину периода пульсаций. В этом случае схема работает на падающем участке волны синусоиды. Чем больше задержка момента включения тиристора, тем меньше получится выпрямленное напряжение Uн на нагрузке. Пульсации напряжения на нагрузке Uн сглаживаются конденсатором фильтра Cф. Здесь и далее сделаны некоторые упрощения при рассмотрении работы схем: выходное сопротивление силового трансформатора считается равным нулю, падение напряжения на диодах выпрямителя не учитывается, не учитывается время включения тиристора. При этом получается что подзаряд емкости фильтра Cф происходит как бы мгновенно. В реальности после подачи запускающего импульса на управляющий электрод тиристора заряд конденсатора фильтра занимает некоторое время, которое, однако, обычно намного меньше периода пульсаций Тп.

Теперь представим, что задержка момента включения тиристора tз равна половине периода пульсаций (см. рис. 3). Тогда тиристор будет включаться, когда напряжение на выходе выпрямителя проходит через максимум.

Рис. 3.

В этом случае напряжение на нагрузке Uн также будет наибольшим, примерно таким же, как если бы тиристорного регулятора в схеме не было (пренебрегаем падением напряжения на открытом тиристоре).

Здесь мы и сталкиваемся с проблемой. Предположим, что мы хотим регулировать напряжение на нагрузке почти от нуля до наибольшего значения, которое можно получить от имеющегося силового трансформатора. Для этого с учетом сделанных ранее допущения потребуется подавать на тиристор запускающие импульсы ТОЧНО в момент, когда Uвыпр проходит через максимум, т. е. tз=Tп/2. С учетом того, что тиристор открывается не моментально, а подзарядка конденсатора фильтра Cф также требует некоторого времени, запускающий импульс нужно подать несколько РАНЬШЕ половины периода пульсаций, т. е. tз<Tп/2. Проблема в том, что во-первых сложно сказать насколько раньше, т. к. это зависит от таких причин, которые при расчете точно учесть сложно, например, времени включения данного экземпляра тиристора или полного (с учетом индуктивностей) выходного сопротивления силового трансформатора. Во-вторых, даже если произвести расчет и регулировку схемы абсолютно точно, время задержки включения tз, частота сети, а значит, частота и период Tп пульсаций, время включения тиристора и другие параметры со временем могут измениться. Поэтому для того чтобы получить наибольшее напряжение на нагрузке Uн возникает желание включать тиристор намного раньше половины периода пульсаций.

Предположим, что так мы и поступили, т. е. установили время задержки tз намного меньшее Тп/2. Графики, характеризующие работу схемы в этом случае приведены на рис. 4. Заметим, что если тиристор откроется раньше половины полупериода, он будет оставаться в открытом состоянии пока не закончится процесс заряда конденсатора фильтра Cф (см. первый импульс на рис. 4).

Рис. 4.

Оказывается, что при малом времени задержки tз возможно возникновение колебаний выходного напряжения регулятора. Они возникают в том случае, если в момент подачи на тиристор запускающего импульса напряжение на нагрузке Uн оказывается больше напряжения на выходе выпрямителя Uвыпр. В этом случае тиристор оказывается под обратным напряжением и не может открыться под действием запускающего импульса. Один или несколько запускающих импульсов могут быть пропущены (см. второй импульс на рис. 4). Следующее включение тиристора произойдет когда конденсатор фильтра разрядится и в момент подачи управляющего импульса тиристор будет находиться под прямым напряжением.

Вероятно, наиболее опасным является случай, когда оказывается пропущен каждый второй импульс. В этом случае через обмотку силового трансформатора будет проходить постоянный ток, под действием которого трансформатор может выйти из строя.

Для того чтобы избежать появления колебательного процесса в схеме тиристорного регулятора вероятно можно отказаться от импульсного управления тиристором, но в этом случае схема управления усложняется или становится неэкономичной. Поэтому автор разработал схему тиристорного регулятора в которой тиристор нормально запускается управляющими импульсами и колебательного процесса не возникает. Такая схема приведена на рис. 5.

Рис. 5.

Здесь тиристор нагружен на пусковое сопротивление Rп, а конденсатор фильтра Cф и нагрузка Rн подключены через пусковой диод VDп. В такой схеме запуск тиристора происходит независимо от напряжения на конденсаторе фильтра Cф. После подачи запускающего импульса на тиристор его анодный ток сначала начинает проходить через пусковое сопротивление Rп и, затем, когда напряжение на Rп превысит напряжение на нагрузке Uн, открывается пусковой диод VDп и анодный ток тиристора подзаряжает конденсатор фильтра Cф. Сопротивление Rп выбирается такой величины чтобы обеспечить устойчивый запуск тиристора при минимальном времени задержки запускающего импульса tз. Понятно, что на пусковом сопротивлении бесполезно теряется некоторая мощность. Поэтому в приведенной схеме предпочтительно использовать тиристоры с малым током удержания, тогда можно будет применить пусковое сопротивление большой величины и уменьшить потери мощности.

Схема на рис. 5 имеет тот недостаток, что ток нагрузки проходит через дополнительный диод VDп, на котором бесполезно теряется часть выпрямленного напряжения. Этот недостаток можно устранить, если подключить пусковое сопротивление Rп к отдельному выпрямителю. Схема с отдельным выпрямителем управления, от которого питается схема запуска и пусковое сопротивление Rп приведена на рис. 6. В этой схеме диоды выпрямителя управления могут быть маломощными т. к. ток нагрузки протекает только через силовой выпрямитель.

Рис. 6.

Низковольтные источники питания с тиристорным регулятором

Ниже приводится описание нескольких конструкций низковольтных выпрямителей с тиристорным регулятором. При их изготовлении я взял за основу схему тиристорного регулятора, применяемого в устройствах для заряда автомобильных аккумуляторов (см. рис. 7). Эта схема успешно применялась моим покойным товарищем А. Г. Спиридоновым.

Рис. 7.

Элементы, обведенные на схеме (рис. 7), устанавливались на небольшой печатной плате. В литературе описано несколько подобных схем, отличия между ними минимальны, в основном, типами и номиналами деталей. В основном отличия такие:

1. Применяют времязадающие конденсаторы разной емкости, т. е. вместо 0.5mF ставят 1mF, и, соответственно, переменное сопротивление другой величины. Для надежности запуска тиристора в своих схемах я применял конденсатор на 1mF.

2. Параллельно времязадающему конденсатору можно не ставить сопротивление (3kW на рис. 7). Понятно, что при этом может потребоваться переменное сопротивление не на 15kW, а другой величины. Влияние сопротивления, параллельного времязадающему конденсатору на устойчивость работы схемы я пока не выяснил.

3. В большинстве описанных в литературе схем применяются транзисторы типов КТ315 и КТ361. Порою они выходят из строя, поэтому в своих схемах я применял более мощные транзисторы типов КТ816 и КТ817.

4. К точке соединения базы pnp и коллектора npn транзисторов может быть подключен делитель из сопротивлений другой величины (10kW и 12kW на рис. 7).

5. В цепи управляющего электрода тиристора можно установить диод (см. на схемах, приведенных ниже). Этот диод устраняет влияние тиристора на схему управления.

Схема (рис. 7) приведена для примера, несколько подобных схем с описаниями можно найти в книге “Зарядные и пуско-зарядные устройства: Информационный обзор для автолюбителей / Сост. А. Г. Ходасевич, Т. И. Ходасевич -М.:НТ Пресс, 2005”. Книга состоит из трех частей, в ней собраны чуть ли не все зарядные устройства за историю человечества.

Простейшая схема выпрямителя с тиристорным регулятором напряжения приведена на рис. 8.

Рис. 8.

В этой схеме использован двухполупериодный выпрямитель со средней точкой т. к. в ней содержится меньше диодов, поэтому нужно меньше радиаторов и выше КПД. Силовой трансформатор имеет две вторичные обмотки на переменное напряжение 15V. Схема управления тиристором здесь состоит из конденсатора С1, сопротивлений R1-R6, транзисторов VT1 и VT2, диода VD3.

Рассмотрим работу схемы. Конденсатор С1 заряжается через переменное сопротивление R2 и постоянное R1. Когда напряжение на конденсаторе C1 превысит напряжение в точке соединения сопротивлений R4 и R5, открывается транзистор VT1. Коллекторный ток транзистора VT1 открывает VT2. В свою очередь, коллекторный ток VT2 открывает VT1. Таким образом, транзисторы лавинообразно открываются и происходит разряд конденсатора C1 в управляющий электрод тиристора VS1. Так получается запускающий импульс. Изменяя переменным сопротивлением R2 время задержки запускающего импульса, можно регулировать выходное напряжение схемы. Чем больше это сопротивление, тем медленнее происходит заряд конденсатора C1, больше время задержки запускающего импульса и ниже выходное напряжение на нагрузке.

Постоянное сопротивление R1, включенное последовательно с переменным R2 ограничивает минимальное время задержки импульса. Если его сильно уменьшить, то при минимальном положении переменного сопротивления R2 выходное напряжение будет скачком исчезать. Поэтому R1 подобрано таким образом чтобы схема устойчиво работала при R2 в положении минимального сопротивления (соответствует наибольшему выходному напряжению).

В схеме использовано сопротивление R5 мощностью 1W только потому, что оно попалось под руку. Вероятно вполне достаточно будет установить R5 мощностью 0.5W.

Сопротивление R3 установлено для устранения влияния наводок на работу схемы управления. Без него схема работает, но чувствительна, например, к прикосновению к выводам транзисторов.

Диод VD3 устраняет влияние тиристора на схему управления. На опыте я проверил и убедился что с диодом схема работает устойчивее. Короче, не нужно скупиться, проще поставить Д226, коих запасы неисчерпаемы и сделать надежно работающее устройство.

Сопротивление R6 в цепи управляющего электрода тиристора VS1 повышает надежность его работы. Иногда это сопротивление ставят большей величины или не ставят вовсе. Схема без него обычно работает, но тиристор может самопроизвольно открываться под действием помех и утечек в цепи управляющего электрода. Я установил R6 величиной 51W как рекомендовано в справочных данных тиристоров КУ202.

Сопротивление R7 и диод VD4 обеспечивают надежный запуск тиристора при малом времени задержки запускающего импульса (см. рис. 5 и пояснения к нему).

Конденсатор C2 сглаживает пульсации напряжения на выходе схемы.

В качестве нагрузки при опытах регулятором использовалась лампа от автомобильной фары.

Схема с отдельным выпрямителем для питания цепей управления и запуска тиристора приведена на рис. 9.

Рис. 9.

Достоинством данной схемы является меньшее число силовых диодов, требующих установки на радиаторы. Заметим, что диоды Д242 силового выпрямителя соединены катодами и могут быть установлены на общий радиатор. Анод тиристора соединенный с его корпусом подключен к “минусу” нагрузки.

Монтажная схема этого варианта управляемого выпрямителя приведена на рис. 10.

Рис. 10.

Для сглаживания пульсаций выходного напряжения может быть применен LC-фильтр. Схема управляемого выпрямителя с таким фильтром приведена на рис. 11.

Рис. 11.

Я применил именно LC-фильтр по следующим соображениям:

1. Он более устойчив к перегрузкам. Я разрабатывал схему для лабораторного источника питания, поэтому перегрузки его вполне возможны. Замечу, что даже если сделать какую-либо схему защиты, то у нее будет некоторое время срабатывания. За это время источник питания не должен выходить из строя.

2. Если сделать транзисторный фильтр, то на транзисторе обязательно будет падать некоторое напряжение, поэтому КПД будет низкий, а транзистору может потребоваться радиатор.

В фильтре использован серийный дроссель Д255В.

Рассмотрим возможные модификации схемы управления тиристором. Первая из них показана на рис. 12.

Рис. 12.

Обычно времязадающую цепь тиристорного регулятора делают из включенных последовательно времязадающего конденсатора и переменного сопротивления. Иногда удобно построить схему так, чтобы один из выводов переменного сопротивления был подключен к “минусу” выпрямителя. Тогда можно включить переменное сопротивление параллельно конденсатору, как сделано на рисунке 12. Когда движок находится в нижнем по схеме положении, основная часть тока, проходящего через сопротивление 1.1kW поступает во времязадающий конденсатор 1mF и быстро заряжает его. При этом тиристор запускается на “макушках” пульсаций выпрямленного напряжения или немного раньше и выходное напряжение регулятора получается наибольшим. Если движок находится в верхнем по схеме положении, то времязадающий конденсатор закорочен и напряжение на нем никогда не откроет транзисторы. При этом выходное напряжение будет равно нулю. Меняя положение движка переменного сопротивления, можно изменять силу тока, заряжающего времязадающий конденсатор и, таким образом, время задержки запускающих импульсов.

Иногда требуется производить управление тиристорным регулятором не при помощи переменного сопротивления, а от какой-нибудь другой схемы (дистанционное управление, управление от вычислительной машины). Бывает, что детали тиристорного регулятора находятся под большим напряжением и непосредственное присоединение к ним опасно. В этих случаях вместо переменного сопротивления можно использовать оптрон.

Рис. 13.

Пример включения оптрона в схему тиристорного регулятора показан на рис. 13. Здесь используется транзисторный оптрон типа 4N35. База его фототранзистора (вывод 6) соединена через сопротивление с эмиттером (вывод 4). Это сопротивление определяет коэффициент передачи оптрона, его быстродействие и устойчивость к изменениям температуры. Автор испытал регулятор с указанным на схеме сопротивлением 100kW, при этом зависимость выходного напряжения от температуры оказалась ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ, т. е. при очень сильном нагреве оптрона (оплавилась полихлорвиниловая изоляция проводов) выходное напряжение уменьшалось. Вероятно, это связано с уменьшением отдачи светодиода при нагреве. Автор благодарит С. Балашова за советы по использованию транзисторных оптронов.

Рис. 14.

При регулировке схемы управления тиристором иногда бывает полезна подстройка порога срабатывания транзисторов. Пример такой подстройки показан на рис. 14.

Рассмотрим также пример схемы с тиристорным регулятором на большее напряжение (см. рис. 15). Схема питается от вторичной обмотки силового трансформатора ТСА-270-1, дающей переменное напряжение 32V. Номиналы деталей, указанные на схеме, подобраны под это напряжение.

Рис. 15.

Схема на рис. 15 позволяет плавно регулировать выходное напряжение от 5V до 40V, что достаточно для большинства устройств на полупроводниковых приборах, таким образом, эту схему можно взять за основу при изготовлении лабораторного источника питания.

Недостатком этой схемы является необходимость рассеивать достаточно большую мощность на пусковом сопротивлении R7. Понятно, что чем меньше ток удержания тиристора, тем больше может быть величина и меньше мощность пускового сопротивления R7. Поэтому здесь предпочтительно использовать тиристоры с малым током удержания.

Заметим также следующее. Часто в схемах тиристорных регуляторов применяют пороговые элементы с неизменным порогом срабатывания. При макетировании схемы автор решил так поступить чтобы обеспечить подачу в управляющий электрод тиристора импульсов постоянной амплитуды. Попытка стабилизировать порог срабатывания транзисторной схемы управления привела к ухудшению стабильности ее работы. Поэтому от стабилизации напряжения на конденсаторе C1, при котором открываются транзисторы было решено отказаться; к точке соединения базы VT1 и коллектора VT2 подключен делитель R4R5, питающийся пульсирующим напряжением с выпрямителя на диодах VD1-VD4. В этом случае схема работает устойчиво и в ней не замечено паразитных колебаний.

Кроме обычных тиристоров в схеме тиристорного регулятора может быть использован оптотиристор. На рис. 16. приведена схема с оптотиристором ТО125-10.

Рис. 16.

Здесь оптотиристор просто включен вместо обычного, но т.к. его фототиристор и светодиод изолированы друг от друга, схемы его применения в тиристорных регуляторах могут быть и другими. Заметим, что благодаря малому току удержания тиристоров ТО125 пусковое сопротивление R7 требуется менее мощное, чем в схеме на рис. 15. Поскольку автор опасался повредить светодиод оптотиристора большими импульсными токами, в схему было включено сопротивление R6. Как оказалось, схема работает и без этого сопротивления, причем без него схема лучше работает при низких напряжениях на выходе.

Высоковольтные источники питания с тиристорным регулятором

При разработке высоковольтных источников питания с тиристорным регулятором за основу была взята схема управления оптотиристором, разработанная В. П. Буренковым (ПРЗ) для сварочных аппаратов. Для этой схемы разработаны и выпускаются печатные платы. Автор выражает благодарность В. П. Буренкову за образец такой платы. Схема одного из макетов регулируемого выпрямителя с использованием платы конструкции Буренкова приведена на рис. 17.

Рис. 17.

Детали, установленные на печатной плате обведены на схеме пунктиром. Как видно из рис. 16, на плате установлены гасящие сопротивления R1 и R2, выпрямительный мост VD1 и стабилитроны VD2 и VD3. Эти детали предназначены для питания от сети 220V. Чтобы испытать схему тиристорного регулятора без переделок в печатной плате, использован силовой трансформатор ТБС3-0,25У3, вторичная обмотка которого подключена таким образом, что с нее снимается переменное напряжение 200V, т. е. близкое к нормальному питающему напряжению платы. Схема управления работает аналогично описанным выше, т. е. конденсатор С1 заряжается через подстроечное сопротивление R5 и переменное сопротивление (установлено вне платы) до того момента, пока напряжение на нем не превысит напряжение на базе транзистора VT2, после чего транзисторы VT1 и VT2 открываются и происходит разряд конденсатора С1 через открывшиеся транзисторы и светодиод оптронного тиристора.

Достоинством данной схемы является возможность подстройки напряжения, при котором открываются транзисторы (при помощи R4), а также минимального сопротивления во времязадающей цепи (при помощи R5). Как показывает практика, иметь возможность такой подстройки весьма полезно, особенно если схема собирается в любительских условиях из случайных деталей. При помощи подстроечных сопротивлений R4 и R5 можно добиться регулировки напряжения в широких пределах и устойчивой работы регулятора.

С этой схемы я начинал свои ОКР по разработке тиристорного регулятора. В ней же и был обнаружен пропуск запускающих импульсов при работе тиристора на емкостную нагрузку (см. рис. 4). Желание повысить стабильность работы регулятора привело к появлению схемы рис. 18. В ней автор опробовал работу тиристора с пусковым сопротивлением (см. рис 5.

Рис. 18.

В схеме рис. 18. использована та же плата, что и в схеме рис. 17, только с нее удален диодный мост, т.к. здесь используется один общий для нагрузки и схемы управления выпрямитель. Заметим, что в схеме на рис. 17 пусковое сопротивление подобрано из нескольких параллельно включенных чтобы определить максимально возможное значение этого сопротивления, при котором схема начинает устойчиво работать. Между катодом оптотиристора и конденсатором фильтра включено проволочное сопротивление 10W. Оно нужно для ограничения бросков тока через опторитистор. Пока это сопротивление не было установлено, после поворота ручки переменного сопротивления оптотиристор пропускал в нагрузку одну или несколько целых полуволн выпрямленного напряжения.

На основании проведенных опытов была разработана схема выпрямителя с тиристорным регулятором, пригодная для практического использования. Она приведена на рис. 19.

Рис. 19.

Данная схема (рис. 19) может быть использована как лабораторный источник питания для конструкций на электронных лампах, для налаживания импульсных источников питания и пр. Рассмотрим особенности схемы. Оптотиристор ТО125 кроме того, что имеет относительно малый ток удержания, позволяет соединить схему управления с общим проводом, что упрощает ее наладку, дистанционное управление. Поскольку схема управления и переменное сопротивление находятся под низкими напряжениями, прикосновение к ним безопасно. Схема управления и нагрузка питаются от одного выпрямителя на диодах VD1-VD4. Питание подается на схему управления через гасящие сопротивления R1A-R1E. При налаживании выяснилось, что схема работает устойчивее, если стабилитроны VD5 и VD6 зашунтировать сопротивлением R9. Без этого сопротивления при малом выходном напряжении (регулятор в положении наибольшего сопротивления) в схеме возникали паразитные колебания. При установленном сопротивлении R9 напряжение на катоде стабилитрона VD5 имеет вид половин синусоиды, верхушки которой могут быть ограничены стабилитронами VD5 и VD6. Также оказалось, что точка соединения базы транзистора VT2 и коллектора VT1 очень чувствительна к действию наводок. Например, работу регулятора нарушало прикосновение к этой точке пальцем. После установки сопротивления R10 чувствительность схемы управления к действию наводок значительно уменьшилась. Использован силовой трансформатор ТСА-270-1 от цветных ламповых телевизоров. Схема рис. 18 была собрана на печатной плате SCR1M0, см. рис. 19.

Рис. 20.

Печатная плата SCR1M0 (рис. 20) разработана для установки на нее современных малогабаритных электролитических конденсаторов и проволочных сопротивлений в керамическом корпусе типа SQP. Автор выражает благодарность Р. Пеплову за помощь с изготовлением и испытанием этой печатной платы.

Поскольку автор разрабатывал выпрямитель с наибольшим выходным напряжением 500V, потребовалось иметь некоторый запас по выходному напряжению на случай снижения напряжения сети. Увеличить выходное напряжение оказалось возможным если пересоединить обмотки силового трансформатора, как показано на рис. 21.

Рис. 21.

Замечу также, что схема рис. 19 и плата рис. 20 разработаны с учетом возможности их дальнейшего развития. Для этого на плате SCR1M0 имеются дополнительные выводы от общего провода GND1 и GND2, от выпрямителя DC1

Разработка и налаживание выпрямителя с тиристорным регулятором SCR1M0 проводились совместно со студентом Р. Пеловым в ПГУ. C его помощью были сделаны фотографии модуля SCR1M0 и осциллограмм.

Рис. 22. Вид модуля SCR1M0 со стороны деталей

Рис. 23. Вид модуля SCR1M0 со стороны пайки

Рис. 24. Вид модуля SCR1M0 сбоку

Таблица 1. Осциллограммы при малом напряжении

Таблица 2. Осциллограммы при среднем напряжении

Таблица 3. Осциллограммы при максимальном напряжении

По ходу налаживания схемы была выявлена ее склонность к паразитным колебаниям “выбросам” при малом (менее 100V) выходном напряжении. Т. е. в течение некоторого времени регулятор работает нормально и дает, скажем, 30V выходного напряжения, потом дает выброс вольт в 400, потом снова работает нормально, потом снова выброс и т. д. Возникло подозрение, что это явление возникает из-за того, что тиристор не успевает закрыться если он был открыт в самом конце полупериода. Тогда он может оставаться некоторое время открытым и пропустить ВЕСЬ следующий полупериод.

Чтобы избавиться от этого недостатка схема регулятора была изменена. Было установлено два тиристора – каждый на свой полупериод. С этими изменениями схема испытывалась несколько часов и “выбросов” замечено не было.

Источник: http://shemu.ru/266-vypryamiteli-s-tiristornym-regulyatorom-napryazheniya

Мостовая схема параллельного тиристорного инвертора. Принцип работы схемы

В цепях постоянного тока выключение тиристора обеспечивается путём включения параллельно тиристору ранее заряженного конденсатора с напряжением, полярность которого обратна по отношению к тиристору (принудительная коммутация). Рис. 2.

Рис. 2 Мостовая схема параллельного тиристорного инвертора

По способу включения конденсатора С с нагрузкой тиристорные инверторы делят на: параллельные, последовательные и последовательно-параллельные.

Принцип действия мостового инвертора (рис. 2):

Тиристоры открываются попарно (VS1 и VS3, VS2 и VS4) на время равное Т / 2 под воздействием положительных импульсов тока, которые подаются от схемы управления в управляющие электроды тиристоров. Выходной ток инвертора распределяется между нагрузкой и конденсатором, заряжая конденсатор полярностью, указанной на рисунке 2 без скобок. При t = T/2 схема управления посылает импульсы и включает тиристоры VS2 и VS4. Конденсатор оказывается закороченным. Ток заряда конденсатора, протекая навстречу анодному току тиристоров VS1 и VS3, уменьшает его до 0 практически мгновенно из-за малости сопротивления в контуре разряда конденсатора через тиристоры.

После падения анодного тока тиристоров VS1 и VS3 до 0 к ним прикладывается обратное напряжение, равное напряжению на конденсаторе. VS1 и VS3 запираются. Конденсатор перезаряжается через VS2 и VS4, приобретая противоположную. Полярность, необходимую для осуществления коммутации на следующем полупериоде, когда включаются VS1 и VS3. Перезаряд конденсатора должен быть медленным.

Контрольные вопросы:

1. Что такое тиристорный инвертор?

2. Какие элементы в качестве коммутационных использует в тиристорных инверторах?

3. Где применяют тиристорные инверторы?

4. Принцип работы инвертора тока и инвертора напряжения?

5. Какое назначение дросселя на входе схемы инвертора тока?

6. Зачем необходим конденсатор, подключенный параллельно к источнику питания, в схеме инвертора напряжения?

7. В чем заключается главная проблема при проектировании инверторов?

8. Что такое принудительная коммутация, т.е. как осуществляется выключение тиристора в цепях постоянного тока?

ИНВЕРТОРЫ, ВЕДОМЫЕ СЕТЬЮ

Как уже отмечалось, инвертированием называется процесс преобразования энергии постоянного тока в энергию переменного тока. Если при этом приемная часть такого преобразователя (нагрузка) не имеет других источников питания, то инвертор называется автономным. Если же инвертор преобразует энергию постоянного тока и отдает ее в сеть, где есть другие источники, то он называется инвертором, ведомым сетью (ИВС), или просто ведомым.

ИВС выполняют практически по таким же схемам, что и управляемые выпрямители. На рис. 1, а показана простейшая схема однофазного двухполупериодного ИВС. В качестве источника энергии используется обычная машина постоянного тока (МПТ), которая может работать в режиме как двигателя, так и генератора.

Рис. 1. Однофазный ведомый инвертор (а) и диаграммы его работы (б-д)

Выходным звеном инвертора, работающего на сеть переменного тока, является трансформатор, параметры которого (количество обмоток и число витков) определяют значение и число фаз получаемого переменного напряжения.

Для получения такого напряжения необходимо обеспечить периодический переход тока из одной обмотки в другую. Это достигается путем прерывания постоянного тока и распределения его по фазам трансформатора с помощью управляемых вентилей.

Чтобы изменить направление потока энергии, следует изменить знак мощности , развиваемой выпрямителем.

Так как направление тока изменить нельзя вследствие односторонней проводимости тиристоров, то изменить знак Pd можно только изменением знака , что достигается в управляемом выпрямителе увеличением угла управления

При выпрямлении источником энергии является сеть, поэтому при кривая тока , потребляемого от сети, совпадает по фазе с напряжением питания (рис. 1,б). Если , то форма тока близка к прямоугольной, тиристор VD1 работает в первом полупериоде, VD2 — во втором и машина работает в двигательном режиме (рис. 1, в, полярность на клеммах указана на рис. 1, а).

При работе схемы в качестве инвертора источником питания служит машина постоянного тока, причем полярность на ее клеммах — обратная (на рис. 1, а в скобках).

Изменение полярности источника постоянного тока одно из обязательных условий перехода схемы в режим инвертирования. При этом фазовый сдвиг между составит (рис. 1,г), а тиристоры будут работать в обратной последовательности: в первом полупериоде — VD2, во втором — VD1 (рис. 1, д).

Таким образом, тиристоры находятся в открытом состоянии при отрицательной полярности напряжений вторичных обмоток трансформатора, при этом осуществляются поочередное подключение обмоток трансформатора через дроссель к источнику постоянного тока и передача энергии в сеть.

Ранее проводивший тиристор запирается под действием обратного напряжения сети со стороны вторичных обмоток, отсюда и название инвертора — ведомый.

К ранее проводившему тиристору при отпирании очередного прикладывается обратное напряжение, равное сумме напряжений двух вторичных обмоток только в том случае, если очередной тиристор отпирается в момент, когда на подключенной к нему обмотке имеет место напряжение положительной полярности. Т. е. реальное значение угла а должно быть меньше п на некоторый угол , иначе говоря , или

, или (рис. 2).

Рис. 2. Диаграмма работы тиристора в ИВС

Если же очередной тиристор будет отпираться при , то условие запирания ранее проводившего тиристора не будет выполнено, он останется открытым, будет создана цепь короткого замыкания источника постоянного тока через вторичные обмотки трансформатора и ИВС выйдет из строя. Такое явление называется опрокидыванием инвертора.

Таким образом, второе условие перехода схемы в режим инвертирования — протекание тока через тиристоры при отрицательном напряжении на обмотках.

Трехфазные инверторы применяются значительно чаще чем одно­фазные. Схема трехфазного ИВС подобна данной схеме, только вместо нагрузки последовательно с дросселем включается источник постоянного тока, а выходной частью схемы служит первичная обмотка трансформатора, включенная на ведомую сеть. Характеристики и параметры трехфазного ИВС аналогичны однофазному..34эм.03.12.14г.

Лекция № 6

«Силовые схемы полупроводниковых преобразователей»(ПП)

В основе всех силовых ПП лежат трехфазные мостовые или, реже, лу­чевые (нулевые) вентильные группы (рис. 9.7).

Силовая схема трехфазного мостового управляемого выпрямителя и трехфазного ведомого сетью инвертора состоят из одной мостовой вен­тильной группы. При этом силовые схемы выпрямителя и инвертора не отличаются между собой (рис. 9.7, б),

Рис. 9.7. Вентильные группы: а – лучевые; б – мостовые

Преобразователь частоты со звеном постоянного тока состоит из двух мостовых вентильных групп, включенных последовательно, одна из кото­рых работает в режиме выпрямителя, а другая – инвертора.

В качестве вы­прямителя применяют неуправляемый или управляемый выпрямитель, в качестве инвертора – автономный или ведомый инвертор.

Силовая схема двухзвенного преобразователя частоты на базе ведомого инвертора пред­ставлена на рис. 9.8.

Рис. 9.8, ППЧ со звеном постоянного тока на базе ВИ; 1 – управляемый выпрямитель; 2 – ведомый инвертор; 3 – дроссель

Данный преобразователь является обратимым, т.е. может проводить электроэнергию в обоих направлениях.

Двухзвенные преобразователи на базе Автономного Инвертора сложнее и дороже, однако могут работать на сеть с любой нагрузкой и не требуют источника ЭДС в питающей сети.

Принципиальная схема силовой части двухзвенного ПП на базе АИ представлена на рис. 9.9.

Рис. 9.9. ППЧ со звеном постоянного тока на базе АИ: 1 – неуправляемый выпрямитель;2 – автономный инвертор напряжения

Силовая схема автономного инвертора состоит из трех вентильных мостов.

Два диодных моста работают в режиме неуправляемых выпрямите­лей, а мост на транзисторах – в режиме автономного инвертора.

Второй неуправляемый мостовой выпрямитель на диодах, включенный встречно параллельно инвертору, необходим для исключения электрического пробоя транзисторов при их коммутации.

Конденсатор в звене постоянного тока является для преобразователя источником напряжения.

Непосредственные полупроводниковые преобразователи частоты (ППЧ) могут проводить электрическую энергию в обоих направлениях, т.е. являются обратимыми.

КПД у данных преобразователей несколько выше, чем у двухзвенных.

Недостатком является ограничение величины выходной частоты, как правило, на уровне 30 — 40 % от входной.

Кроме того, общее количество вентилей у данных преобразователей выше, что повышает их стоимость, усложняет систему управления, повышает массу и габариты.

По схеме соединения силовой цепи непосредственные ППЧ могут выполняться с нулевыми (лучевыми) или мостовыми вентильными группа­ми.

Принципиальная схема преобразователя с лучевыми вентильными группами приведена на рис. 9.10.

Рис. 9.10. Непосредственный ППЧ с нулевыми вентильными группами

Силовая схема непосредственного ППЧ с нулевыми вентильными группами содержит 18 тиристоров, объединенных в шесть вентильных групп, включенных попарно встречно-параллельно.

Достоинства непо­средственных ППЧ, выполненных по схеме с нулевыми вентильными группами, заключаются в :

-относительно малом числе тиристоров,

-простоте силовой схемы и системы управления,

-возможности включения нагрузки в трехфазную группу без применения многообмоточного трансформатора.

На рис. 9.11 представлена силовая схема непосредственного ППЧ, выполненного на базе шести мостовых вентильных групп.

Рис. 9.11. Непосредственный ППЧ с мостовыми вентильными группами

К достоинствам непосредственных ППЧ, выполненных с использова­нием трехфазных мостовых вентильных групп, следует отнести то, что амплитуда пульсаций в кривой выходного напряжения, по сравнению с трехфазной нулевой схемой, уменьшается примерно в два раза при од­новременном увеличении вдвое частоты пульсаций.

Это существенно по­вышает качество выходного напряжения, позволяя на выходе преобразо­вателя получить более высокое значение частоты.

Однако, из-за образова­ния короткозамкнутых контуров, в преобразователе данного типа недопустима гальваническая связь между цепями нагрузки отдельных фаз. Поэтому в схемах непосредственных ППЧ с мостовыми вентильными группами для исключения контуров короткого замыкания, возникающих при коммутации вентилей, необходимо обеспечивать потенциальное раз­деление фаз за счет применения силовых трансформаторов на входе или выходе преобразователей.31эм.01.12.14г.32.эм.05.12.14г.

Лекция № 7

Управление асинхронными двигателями(АД) с использованием тиристорных преобразователей частоты(ТПЧ)

В электроприводе ТПЧ в основном служат для регулирования частоты тока, поступающего на статор АД.

Изменяющийся по частоте ток приводит к изменению угловой скорости поля статора, в результате пропорционально изменяется угловая скорость ротора. Плавное изменение частоты тока статора и широкий диапазон ее изменения позволяют плавно изменять угло­вую скорость АД в широких пределах.

Источник: https://studopedia.ru/5_105484_mostovaya-shema-parallelnogo-tiristornogo-invertora-printsip-raboti-shemi.html

Способы и схемы управления тиристором или симистором

Тиристоры нашли широкое применение в полупроводниковых устройствах и преобразователях. Различные источники питания, частотные преобразователи, регуляторы, возбудительные устройства для синхронных двигателей и много других устройств строились на тиристорах, а в последнее время их вытесняют преобразователи на транзисторах. Основной задачей для тиристора является включение нагрузки в момент подачи управляющего сигнала. В этой статье мы рассмотрим, как управлять тиристорами и симисторами.

Определение

Тиристор (тринистор) — это полупроводниковый полууправляемый ключ. Полууправляемый — значит, что вы можете только включать тиристор, отключается он только при прерывании тока в цепи или если приложить к нему обратное напряжение.

Он, подобно диоду, проводит ток только в одном направлении. То есть для включения в цепь переменного тока для управления двумя полуволнами нужно два тиристора, для каждой по одному, хотя не всегда. Тиристор состоит из 4 областей полупроводника (p-n-p-n).

Другой подобный прибор называется симистор — двунаправленный тиристор. Его основным отличием является то, что ток он может проводить в обе стороны. Фактически он представляет собой два тиристора соединённых параллельно навстречу друг другу.

Основные характеристики

Как и любых других электронных компонентов у тиристоров есть ряд характеристик:

• Падение напряжения при максимальном токе анода (VT или Uос).

• Прямое напряжение в закрытом состоянии (VD(RM) или Uзс).

• Обратное напряжение (VR(PM) или Uобр).

• Прямой ток (IT или Iпр) – это максимальный ток в открытом состоянии.

• Максимально допустимый прямой ток (ITSM) — это максимальный пиковый ток в открытом состоянии.

• Обратный ток (IR) — ток при определенном обратном напряжении.

• Постоянный ток в закрытом состоянии при определенном прямом напряжении (ID или Iзс).

• Постоянное отпирающее напряжение управления (VGT или UУ).

• Ток управления (IGT).

• Максимальный ток управления электрода IGM.

• Максимально допустимая рассеиваемая мощность на управляющем электроде (PG или Pу)

Принцип работы

Когда на тиристор подают напряжение он не проводит ток. Есть два способа включит его – подать напряжение между анодом и катодом достаточное для открытия, тогда его работа ничем не будет отличаться от динистора.

Другой способ – это подать кратковременный импульс на управляющий электрод. Ток открытия тиристора лежит в пределах 70-160 мА, хотя на практике эта величина, как и напряжение которое нужно приложить к тиристору зависит от конкретной модели и экземпляра полупроводникового прибора и даже от условий, в которых он работает, таких, например, как температура окружающей среды.

Кроме управляющего тока, есть такой параметр как ток удержания — это минимальный ток анода для удержания тиристора в открытом состоянии.

После открытия тиристора управляющий сигнал можно отключать, тиристор будет открыт до тех пор, пока через него протекает прямой ток и подано напряжение. То есть в цепи переменного тиристор будет открыт в течении той полуволны напряжение которой смещает тиристор в прямом направлении. Когда напряжение устремится к нулю, снизится и ток. Когда ток в цепи упадет ниже величины тока удержания тиристора — он закроется (выключится).

Полярность управляющего напряжения должна совпадать с полярностью напряжения между анодом и катодом, что вы наблюдаете на осциллограммах выше.

Управление симистором аналогично хоть и имеет некоторые особенности. Для управления симистором в цепи переменного тока нужно два импульса управляющего напряжения — на каждую полуволну синусоиды соответственно.

После подачи управляющего импульса в первой полуволне (условно положительной) синусоидального напряжения ток через симистор будет протекать до начала второй полуволны, после чего он закроется, как и обычный тиристор. После этого нужно подать еще один управляющий импульс для открытия симистора на отрицательной полуволне. Это наглядно проиллюстрировано на следующих осциллограммах.

Полярность управляющего напряжения должна соответствовать полярности приложенного напряжения между анодом и катодом. Из-за этого возникают проблемы при управлении симисторами с помощью цифровых логических схем или от выходов микроконтроллера. Но это легко решается путем установки симисторного драйвера, о чем мы поговорим позже.

Распространенные схемы управления тиристорами или симисторами

Самой распространенной схемой является симисторный или тиристорный регулятор.

Здесь тиристор открывается после того как на конденсаторе будет достаточная величина для его открытия. Момент открытия регулируется с помощью потенциометра или переменного резистора. Чем больше его сопротивление — тем медленнее заряжается конденсатор. Резистор R2 ограничивает ток через управляющий электрод.

Эта схема регулирует оба полупериода, то есть вы получаете полную регулировку мощности почти от 0% и почти до 100%. Это удалось достичь, установив регулятор в диодном мосте, таким образом регулируется одна из полуволн.

Упрощенная схема изображена ниже, здесь регулируется лишь половина периода, вторая полуволна проходит без изменения через диод VD1. Принцип работы аналогичен.

Симисторный регулятор без диодного моста позволяет управлять двумя полуволнами.

По принципу действия почти аналогична предыдущим, но построена на симисторе с её помощью регулируются уже обе полуволны. Отличия заключаются в том, что здесь импульс управления подаётся с помощью двунаправленного динистора DB3, после того как конденсатор зарядится до нужного напряжения, обычно это 28-36 Вольт. Скорость зарядки также регулируется переменным резистором или потенциометром. Такая схема реализована в большинстве бытовых диммеров.

Интересно:

Такие схемы регулировки напряжения называется СИФУ — система импульсного фазового управления.

На рисунке выше изображен вариант управления симистором с помощью микроконтроллера, на примере популярной платформы Arduino. Симисторный драйвер состоит из оптосимистора и светодиода. Так как в выходной цепи драйвера установлен оптосимистор на управляющий электрод всегда подаётся напряжение нужной полярности, но здесь есть некоторые нюансы.

Дело в том, что для регулировки напряжения с помощью симистора или тиристора нужно подавать управляющий сигнал в определенный момент времени, так чтобы срез фазы происходил до нужной величины. Если наугад стрелять управляющими импульсами — схема работать конечно будет, но регулировок добиться не выйдет, поэтому нужно определять момент перехода полуволны через ноль.

Так как для нас не имеет значения полярность полуволны в настоящий момент времени — достаточно просто отслеживать момент перехода через ноль. Такой узел в схеме называют детектор нуля или нуль-детектор, а в англоязычных источниках «zero crossing detector circuit» или ZCD. Вариант такой схемы с детектором перехода через ноль на транзисторной оптопаре выглядит следующим образом:

Оптодрайверов для управления симисторами есть множество, типовые – это линейка MOC304x, MOC305x, MOC306X, произведенные компанией Motorola и другими. Более того – эти драйверы обеспечивают гальваническую развязку, что убережет ваш микроконтроллер в случае пробоя полупроводникового ключа, что вполне возможно и вероятно. Также это повысит безопасность работы с цепями управления, полностью разделив цепь на «силовую» и «оперативную».

Заключение

Мы рассказали базовые сведения о тиристорах и симисторах, а также управлении ими в цепях с «переменкой». Стоит отметить, что мы не затрагивали тему запираемых тиристоров, если вас интересует этот вопрос – пишите комментарии и мы рассмотрим их подробнее. Также не были рассмотрены нюансы использования и управления тиристорами в силовых индуктивных цепях. Для управления «постоянкой» лучше использовать транзисторы, поскольку в этом случае вы решаете, когда ключ откроется, а когда он закроется, повинуясь управляющему сигналу…

Алексей Бартош

Источник: http://electrik.info/main/praktika/1490-sposoby-i-shemy-upravleniya-tiristorom-ili-simistorom.html

9zip.ru Радиотехника, электроника и схемы своими руками Тиристорные регулируемые выпрямители
Простейшее мощное зарядное устройство можно собрать с применением силовых тиристоров. В подобных схемах они выполняют функцию выпрямителей, к которым подведено фазовое регулирование.
Как известно, тиристор открывается при протекании тока через управляющий электрод. Величины напряжения и тока можно найти в справочниках и даташитах. Силовым тиристорам для открытия требуется импульс, что делает управление экономичным, но усложняет схему. Закрывается тиристор, как и симистор, сам, на нуле синусоиды.
Так как мы рассматриваем простейшие схемы, то рассмотрим вариант обычного фазового регулирования, который подойдёт для проверки. Первый вариант — с трансформатором, имеющим две вторичных силовых обмотки (или одну со средней точкой). В этом случае требуется всего два выпрямительных элемента, роль которых и выполняют тиристоры. Силовая часть отмечена на схеме красным цветом.

Так как мощные зарядные устройства требуются, как правило, для высоковольтных аккумуляторных батарей, то получать низкое напряжение управления с силовой вторичной обмотки не выгодно по причине рассеивания большой мощности на гасящем резисторе, который также выполняет функции регулировочного. Поэтому для питания цепей управления, помеченных на схеме зелёным цветом, имеется дополнительная обмотка, которую легко можно намотать монтажным проводом на любой части трансформатора. Количество витков следует подобрать таким, чтобы напряжение соответствовало паспортному на конкретный тиристор.
Фазовое регулирование работает очень просто. Через регулировочный резистор R1 заряжаются конденсаторы С1 и C2. Время их заряда зависит от ёмкости и сопротивления резистора. Это время и определяет момент открытия тиристора. Чем меньше сопротивление, тем быстрее зарядится конденсатор и тем раньше на данном полупериоде откроется тиристор, и тем больший ток получит нагрузка. Для тиристоров Т161 понадобились конденсаторы на 100 мкФ и резистор на 33 Ом. Обрати внимание, что ток диодов моста DB1, мощность резистора R1, ток диодов D1 и D2 должны быть соответствующими токам управления тиристоров.
Схема мощного регулируемого зарядного устройства для трансформатора с одной силовой обмоткой будет отличаться лишь тем, что здесь требуется полноценный мост из четырёх выпрямительных элементов. В качестве двух из них используем силовые диоды VD1 и VD2. Управляющая часть схемы остаётся прежней.

В случае же, если напряжение силовой обмотки невысокое, то напряжение для управления тиристорами регулятора можно брать с неё же.
Как уже было сказано, эти схемы годятся лишь для проверки работы тиристорных регуляторов; такое управление допустимо лишь на сравнительно малых токах. Для управления мощными силовыми тиристорами, работающими на больших токах, управление следует делать импульсным. Возможная схема такого управления представлена ниже:

Однопереходный транзистор здесь может быть заменён аналогом из двух биполярных. Он открывается, когда напряжение на конденсаторе C1 достигнет определённого значения, а это время определяется, как и в предыдущей схеме, ёмкостью и сопротивлением. Для того, чтобы импульс управления получился токовым, добавлен транзистор VT2. Трансформатор должен иметь соотношение обмоток 1:1 и быть импульсным, желательно — на пермаллое. Фазировка обмоток — такая, какая была на оригинальной схеме из интернета, и, возможно, здесь есть ошибка. Для управления двумя тиристорами следует добавить на этот трансформатор ещё одну обмотку.

Источник: https://9zip.ru/home/tiristornye_reguliruemye_vypryamiteli.htm

3. Управляемые однофазные выпрямители | Электротехника

В большинстве практических случаев требуется регулировать выходные пара­метры электрических машин постоянного тока (угловую скорость, момент, напряжение возбуждения и т.д.), что приводит к необходимости разработки выпрямителей с управ­ляемым выходным напряжением или током. Возможны следующие способы регулиро­вания выпрямленного напряжения и тока: 

1) переключение выводов (отпаек) первичной или вторичной обмоток транс­форматора. Этот способ нашел применение для управления двигателями на магист­ральных электровозах переменною тока;

2) применение трансформаторов с выдвижными или поворачивающимися сер­дечниками. Этот метод позволяет получить плавное регулирование напряжения, однако устройство получается сложным и инерционным;

3) введение добавочной переменной ЭДС в обмотки трансформатора с помо­щью статического фазорегулятора, что дает возможность получить плавное и бескон­тактное регулирование напряжения;

4) применение дросселей насыщения, включаемых в первичную или вторичную обмотки трансформатора. Часто силовые обмотки дросселей включают последова­тельно с диодами выпрямительной схемы;

5) фазовое регулирование выпрямленного напряжения. Оно может осуществ­ляться на стороне переменного тока путем введения в каждую фазу первичной обмотки трансформатора встречно параллельных тиристоров или симисторов, и на стороне по­стоянного тока – применением полупроводникового ключа, включаемого последова­тельно с нагрузкой (широтно-импульсный преобразователь).

Способы регулирования выпрямлен­ного напряжения, характеризуются значи­тель­ной установленной мощностью, малым быст­родействием и большей частью плохо подда­ются автоматизации. При управлении величи­ной выходного напряжения выпря­мителя пу­тем изменения величины подводимого пере­менного напряжения невозможно изменять полярность выпрямленного напряжения и на­правление потока энергии. Изменение на­правления потока энергии необхо­димо для осуществления процессов реверса электрической машины и генераторного ре­жима с отдачей энергии в сеть.

Указанные недостатки устраня­ются в управляемых выпрямителях и широтно-им­пульсных преобразователях (на тиристорах и транзисторах), в кото­рых изменение средней величины вы­ходного напряжения достигается с по­мощью управляющего электрода.

Принцип работы и схемы управ­ляемых выпрямителей точно такие же, как у неуправ­ляемых. Рассмотрим осо­бенности, связанные с работой управляе­мых выпрямителей на об­мотку возбуж­дения и якорную обмотку МПТ.

Принцип работы схемы выпрямителя с фазным управлением и ее применение

В отличие от диодных выпрямителей, PCR или выпрямители с фазным управлением имеют преимущество регулирования выходного напряжения. Диодные выпрямители называют неуправляемыми выпрямителями. Когда эти диоды переключаются с тиристорами, он становится фазоуправляемым выпрямителем. Напряжение o / p можно регулировать, изменяя угол включения тиристоров. Основное применение этих выпрямителей — регулирование скорости двигателя постоянного тока.

Что такое выпрямитель с фазовым управлением?

Термин PCR или выпрямитель с фазовым управлением — это один из типов выпрямительной схемы, в которой диоды переключаются тиристорами или тиристорами (выпрямителями с кремниевым управлением). В то время как диоды не позволяют управлять напряжением o / p, тиристоры можно использовать для изменения выходного напряжения, регулируя угол зажигания или задержку. Тиристор с фазовым управлением активируется подачей короткого импульса на его клемму затвора, и он деактивируется из-за связи по линии или естественным образом.В случае большой индуктивной нагрузки он отключается включением другого тиристора выпрямителя во время отрицательного полупериода напряжения i / p.

Типы выпрямителей с фазовым управлением

Выпрямители с фазовым управлением подразделяются на два типа в зависимости от типа источника питания i / p. И каждый вид включает в себя полу-, полный и сдвоенный преобразователь.

Типы выпрямителя с фазовым управлением

Однофазный управляемый выпрямитель

Этот тип выпрямителя работает от однофазного источника переменного тока i / p.

Однофазные выпрямители

подразделяются на разные типы

Полуволновой управляемый выпрямитель: В этом типе выпрямителя используется одно тиристорное устройство, обеспечивающее регулирование включения / выключения только в течение одного полупериода входного переменного тока, и он обеспечивает низкий постоянный ток. выход.

Двухполупериодный управляемый выпрямитель: Этот тип выпрямителя обеспечивает более высокий выход постоянного тока.

• Двухполупериодный управляемый выпрямитель с центральным отводным трансформатором требует двух тиристоров.
• Двухполупериодные выпрямители с мостовым управлением не нуждаются в трансформаторе с центральным ответвлением.

Трехфазный управляемый выпрямитель

Этот тип выпрямителя работает от трехфазного источника переменного тока i / p.

• Полуконвертер — это одноквадрантный преобразователь, который имеет одну полярность напряжения и тока o / p.
• Полный преобразователь — это двухквадрантный преобразователь, который имеет полярность o / p, напряжение может быть либо + ve, либо –ve, но ток может иметь только одну полярность: + ve или -ve.
• Двойной преобразователь работает в четырех квадрантах — и напряжение, и ток могут иметь обе полярности.

Работа выпрямителя с фазовым управлением

Основной принцип работы схемы PCR объясняется с использованием однофазной полуволновой схемы PCR с резистивной нагрузкой RL, показанной на следующей схеме.

Однофазная полуволновая схема тиристорного преобразователя используется для преобразования переменного тока в постоянный. Электропитание переменного тока осуществляется от трансформатора, чтобы обеспечить необходимое напряжение питания переменного тока на тиристорный преобразователь в зависимости от требуемого напряжения постоянного тока.В приведенной выше схеме первичные и вторичные напряжения питания переменного тока обозначены как VP и VS.

Схема выпрямителя с фазовым управлением

Во время положительного полупериода питания i / p, когда верхний конец вторичной обмотки трансформатора находится под положительным потенциалом относительно нижнего конца, тиристор находится в состоянии прямого смещения.

Тиристор активируется с углом задержки ωt = α путем подачи соответствующего импульса запуска затвора на вывод затвора тиристора. Когда тиристор активируется при угле задержки ωt = α, тиристор ведет себя и предполагает идеальный тиристор.Тиристор действует как замкнутый переключатель, и напряжение питания i / p действует на нагрузку, когда оно проходит от ωt = α до π радиан. Для чисто резистивной нагрузки ток нагрузки io, протекающий при включенном тиристоре T1, определяется выражением выражение.

Io = vo / RL, для α≤ ωt ≤ π

Применения выпрямителя с фазовым управлением

Применения выпрямителя с фазовым управлением включают бумажные фабрики, текстильные фабрики, использующие приводы двигателей постоянного тока и управление двигателями постоянного тока на сталелитейных заводах.

• Тяговая система с питанием от переменного тока с использованием тягового двигателя постоянного тока.
• Электрометаллургические и электрохимические процессы.
• Управление реактором.
• Магнитные блоки питания.
• Переносные приводы ручных инструментов.
• Гибкоскоростные промышленные приводы.
• Аккумулятор заряжается.
• Высоковольтная передача постоянного тока.
• ИБП (Системы бесперебойного питания).

Несколько лет назад преобразование мощности переменного тока в постоянное было достигнуто с использованием ртутных дуговых выпрямителей, мотор-генераторных установок и тираторных трубок.Современные преобразователи переменного тока в постоянный ток предназначены для сильноточных и мощных Thyrator. В настоящее время большинство преобразователей мощности переменного тока в постоянный являются тиристорными. Устройства Thyrator управляются по фазе, чтобы получать переменное напряжение постоянного тока на выходных клеммах нагрузки. Преобразователь тиристоров с фазовым управлением использует коммутацию линии переменного тока для выключения тиристоров, которые были включены.

Они менее дорогие, а также очень простые и широко используются в промышленных приложениях для промышленных приводов постоянного тока.Эти преобразователи классифицируются как двухквадрантные преобразователи, если выходное напряжение может быть либо + ve, либо -ve для данной полярности тока нагрузки. Существуют также одноквадрантные преобразователи переменного тока в постоянный, в которых напряжение o / p составляет только + ve и не может быть сделано отрицательным для данной полярности тока o / p. Конечно, одноквадрантные преобразователи также могут быть спроектированы для подачи только отрицательного постоянного напряжения. Работа двухквадрантного преобразователя может быть достигнута при использовании полностью управляемой схемы мостового преобразователя, а для одноквадрантного процесса мы используем полууправляемый мостовой преобразователь.

Таким образом, речь идет о выпрямителе с фазовой регулировкой, его эксплуатации и его применениях. Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию, а также любые сомнения относительно этой концепции или реализации каких-либо электрических проектов. Пожалуйста, оставьте свой отзыв, оставив комментарий в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос: Какие бывают типы ПЦР?

Что такое SCR (выпрямитель с кремниевым управлением), как он работает и различные типы SCR и пакеты

Термин SCR означает кремниевый управляемый выпрямитель, который является одним из наиболее важных членов семейства тиристоров .Он более популярен, чем другие тиристоры, такие как TRIAC, SCS, DIAC и т. Д., Поэтому некоторые люди даже используют слова Thyristor и SCR как синонимы. Так что в следующий раз, когда кто-то скажет просто «тиристор» в целом, они будут иметь в виду SCR.

SCR

изготовлены из кремния и чаще всего используются для преобразования переменного тока в постоянный (выпрямление), отсюда и название «Кремниевый управляемый выпрямитель» . Они также используются в других приложениях, таких как регулирование мощности, инверсия и т. Д.SCR обладают способностью выдерживать высокие значения тока и напряжения, поэтому они используются в большинстве промышленных приложений.

Символ SCR

Символ SCR будет аналогичен символу диода, кроме того; он имеет терминал ворот, как показано ниже. SCR — это однонаправленное устройство, которое позволяет току течь в одном направлении и противодействовать ему в другом направлении. SCR имеет три контакта, а именно анод (A), катод (K) и затвор (G), он может быть включен или выключен, контролируя условия смещения или вход затвора.

И снова символ тиристора и символ SCR совпадают. Теперь, когда мы знаем, как SCR / тиристор может быть представлен на принципиальной схеме, давайте рассмотрим конструкцию SCR и работу , чтобы понять больше о ней.

Строительство SCR

SCR — это четырехслойное полупроводниковое устройство, которое формирует структуру NPNP или PNPN, которая в конечном итоге формирует три перехода J1, J2 и J3.Среди трех выводов SCR анод является положительным электродом, он будет на P-слое, а катод — отрицательным электродом, он будет на N-слое SCR, затвор действует как управляющий вывод SCR. Изображение SCR Construction показано ниже.

Внешние слои P и N, на которых размещены два электрода, будут сильно легированы, а средние слои P и N будут слабо легированы, вывод затвора будет соединен с P-слоем в середине.SCR имеют три различных типа: плоский, Mesa-тип и Press pack.

Как работает SCR

Чтобы понять принцип работы SCR , мы должны изучить различные способы его работы. В зависимости от полярности приложенного напряжения и импульса затвора, подаваемого на SCR, он может работать в трех различных режимах, таких как

• Режим блокировки вперед
• Режим прямой проводимости
• Обратный режим блокировки

Теперь давайте разберемся, как работает тиристор , посмотрев на каждый из режимов работы с его принципиальной схемой.

Режим прямой блокировки

В этом режиме работы положительное напряжение подается на анод, а отрицательное напряжение подается на катод, на затвор не будет подаваться импульс, он будет оставаться в открытом состоянии. После подачи напряжения переходы J1 и J3 будут смещены в прямом направлении, а переход J2 — в обратном. Поскольку J2 смещен в обратном направлении, ширина обедненной области увеличивается, и она действует как препятствие для проводимости, поэтому только небольшое количество тока будет течь от J1 к J3.

Когда напряжение, приложенное к SCR, увеличивается и достигает значения напряжения пробоя SCR , переход J2 истощается из-за лавинного пробоя. Как только произойдет сбой Лавины , ток начнет течь через тиристор. В этом режиме работы тиристор смещен в прямом направлении, но никакого протекания тока не будет.

Режим прямой проводимости

Режим прямой проводимости — единственный режим, в котором SCR будет находиться во включенном состоянии и будет проводить.Мы можем заставить SCR проводить два разных способа: один — мы можем увеличить приложенное напряжение прямого смещения сверх напряжения пробоя , либо мы можем подать положительное напряжение на вывод затвора.

Когда мы увеличиваем приложенное прямое напряжение смещения между анодом и катодом, переход J2 будет истощен из-за лавинного пробоя, и SCR начнет проводить. Мы не можем сделать это для всех приложений, и этот метод активации SCR в конечном итоге уменьшит срок службы SCR .

Если вы хотите использовать тиристор для низковольтных приложений, вы можете подать положительное напряжение на затвор тиристора. Приложенное положительное напряжение поможет тиристору перейти в состояние проводимости. В этом режиме работы тиристор будет работать в прямом смещении, и через него будет протекать ток.

Обратный режим блокировки

В режиме обратной блокировки положительное напряжение подается на катод (-), а отрицательное напряжение подается на анод (+). На затвор не будет подаваться импульс, он будет сохранен как разомкнутая цепь. .В этом режиме работы переходы J1 и J3 будут смещены в обратном направлении, а переход J2 будет смещен в прямом направлении. Поскольку переходы J1 и J3 смещены в обратном направлении, через тиристор не будет протекать ток. Хотя будет протекать небольшой ток утечки из-за дрейфующих носителей заряда в смещенном в прямом направлении переходе J2, этого недостаточно для включения тринистора.

VI Характеристики SCR

Характеристики VI SCR получаются путем работы SCR в трех различных областях, а именно в области прямой блокировки, области прямой проводимости и области обратной блокировки

Когда SCR работает в режиме обратной блокировки, будет небольшой ток утечки, протекающий в обратном направлении SCR, который упоминается как обратный ток утечки на графике, обратный ток утечки будет расположен в отрицательном направлении. квадранты графа.

Теперь, если вы подадите положительное напряжение на анод и отрицательное напряжение на катод, SCR начнет работать в режиме прямой блокировки , и небольшой ток утечки будет течь через SCR в положительном направлении, следовательно, кривая начнет подниматься до определенного значения. уровень в положительных квадрантах графика, который упоминается как прямой ток утечки.

Как только график достигает определенного уровня напряжения, называемого напряжением пробоя, или если ток затвора Ig прикладывается к SCR, SCR переходит в режим проводимости , и через SCR начинает течь большой ток.Ток представлен как прямая проводимость на кривой VI . Применяемый ток затвора обозначается как Ig1, Ig2 и Ig3, чем выше приложенный ток затвора, тем быстрее SCR переходит в состояние проводимости как Ig3> Ig2> Ig1.

Приложения SCR

От схем преобразователя до схем управления, тиристоры используются в широком диапазоне приложений. Невозможно обсудить все применения тиристора , но в основном они используются для управления током или напряжением на устройстве.Например, давайте рассмотрим пример, в котором SCR используются для управления скоростью двигателя.

На приведенной выше принципиальной схеме SCR показано устройство для управления скоростью двигателя постоянного тока с использованием SCR. Двигатель будет иметь две обмотки, а именно обмотку возбуждения и обмотку якоря . Управляя током, подаваемым на обмотку якоря, мы можем управлять скоростью двигателя постоянного тока. Обмотка якоря двигателя подключена к источнику переменного тока через трансформатор и два тиристора, соединенных параллельно друг другу.

Во время положительного полупериода подачи переменного тока, , тиристор 1 смещен в прямом направлении и начинает проводить, если подан импульс затвора, ток в обмотке якоря будет протекать через тиристор 1. Аналогично, во время отрицательного полупериода подачи переменного тока, SCR2 смещен в прямом направлении, и SCR1 будет смещен в обратном направлении, и, следовательно, SCR1 переходит в состояние ВЫКЛ, когда импульс затвора применяется к SCR2, он начинает проводить. Изменяя триггерный импульс, подаваемый на вентили соответствующих SCR, мы сможем управлять входом, подаваемым на двигатель постоянного тока, следовательно, он контролирует скорость двигателя.

Различные типы SCR и упаковки

Существует множество типов SCR в зависимости от технических характеристик и применения. Мы уже обсуждали популярные SCR, такие как BT151, 2P4M, TYN608 и т. Д. SCR доступны в различных типах пакетов, которые можно использовать для разных типов приложений. SCR доступны в следующих пакетах

Дискретный пластик: Дискретный пластиковый корпус — это широко известный тип тиристоров, у которых есть три контакта, прикрепленные к покрытому пластиком полупроводниковому материалу.Эти SCR имеют плоскую конструкцию и являются самым дешевым типом SCR по сравнению с другими блоками. Они доступны для приложений 25A и 1000V , их можно легко установить в цепи любого типа с большим количеством других компонентов.

Пластиковый модуль: Пластиковый модуль имеет те же характеристики, что и дискретный пластиковый корпус, он также содержит более одного устройства и доступен в диапазоне тока до 100 А .Использование этих модулей улучшит внешний вид схемы, поскольку их можно установить на платы, прикрутив болтами радиатор к плате.

Основание шпильки: Основание шпильки будет иметь резьбовое основание, оно имеет двойное преимущество — низкое тепловое сопротивление и простоту монтажа. Они доступны в диапазоне тока от 5 до 150 A и полном диапазоне напряжений. Единственный недостаток — непростая изоляция от радиатора

.

Плоское основание: Плоское основание обладает теми же характеристиками, что и основание шпильки SCR, дополнительным преимуществом является то, что они изолированы от радиатора тонким слоем изоляции.Они доступны в диапазоне тока от 10 до 400 А.

Press Pack: Прессы SCR используются для сильноточных приложений 200A или выше и приложений с более высоким напряжением , превышающим 1200V . Структура SCR и электроды упакованы в керамическую оболочку, которая обеспечивает необходимую изоляцию между анодом и катодом. Обе поверхности прижимаются к радиатору; следовательно, они предлагают лучшее электрическое контактное сопротивление и минимальное тепловое сопротивление.

SCR — Выпрямители с кремниевым управлением | Работа, конструкция и применение

SCR означает кремниевый управляемый выпрямитель, он используется в промышленности, поскольку может выдерживать высокие значения тока и напряжения.

Строительство SCR

Кремниевый управляющий выпрямитель SCR состоит из четырех слоев полупроводника, который формирует структуру PNPN или NPNP, имеет тройное соединение J1

J2 и J3, а также три клеммы, анодная клемма кремниевого управляющего выпрямителя SCR подключена к материалу P-типа структуры PNPN, а катодная клемма подключена к слою N-типа кремниевого управляющего выпрямителя, в то время как затвор кремниевый управляющий выпрямитель SCR подключен к материалу P-типа рядом с катодом, как показано на данном рисунке.

SCR Работа / Работа

Кремниевый управляющий выпрямитель SCR начинает проводить при прямом смещении. Для этого катод находится в отрицательном положении, а анод — в положительном. Когда на затвор подается положительный тактовый импульс, тиристор включается.

Когда напряжение прямого смещения подается на кремниевый управляющий выпрямитель SCR, переход J1 и J3 становится прямым смещением, а переход J2 становится обратным смещением. Когда мы подаем тактовый импульс на вывод затвора, переход J2 становится прямым смещением, и кремниевый управляющий выпрямитель SCR начинает проводить.

Кремниевый управляющий выпрямитель SCR включается и выключается очень быстро. В выключенном состоянии кремниевый управляющий выпрямитель SCR обеспечивает бесконечное сопротивление, а во включенном состоянии он предлагает очень низкое сопротивление, которое находится в диапазоне от 0,01 Ом до 10 Ом.

Срабатывание и срабатывание SCR

Кремниевый управляющий выпрямитель SCR обычно работает при пониженном напряжении прямого прерывания (VBO). Чтобы включить кремниевый управляющий выпрямитель SCR, мы применяем тактовый импульс на клемме затвора, который вызвал запуск кремниевого управляющего выпрямителя, но когда кремниевый управляющий выпрямитель SCR включился, теперь, если мы удалим напряжение запуска, кремниевый управляющий выпрямитель SCR останется в Состояние ВКЛ.Это напряжение называется напряжением зажигания.

Методы выключения кремниевого управляющего выпрямителя — SCR

Существует два способа выключения кремниевого управляющего выпрямителя SCR:

Метод прерывания анодного тока

В этом методе параллельный или последовательный переключатель используется для выключения кремниевого управляющего выпрямителя (электроники SCR) путем выключения переключателя.

Метод принудительной коммутации

В этом методе подключается батарея обратной полярности, поэтому ток через кремниевый управляющий выпрямитель SCR уменьшается, и он отключается.

Управление мощностью двигателя постоянного тока с помощью SCR

В данном ckt показан выпрямитель с однофазным управлением. который используется для управления скоростью двигателя постоянного тока. Этот ckt состоит из четырех SCR и четырех диодов. Постоянное напряжение подается на обмотку двигателя через четыре диода, а постоянное напряжение подается на якорь через четыре диода.

In Этот ckt двигатель управляется напряжением якоря, в то время как напряжение возбуждения имеет постоянное значение.

В ckt SCR 1 и SCR 4 запускаются одновременно в первом цикле, а в следующем полупериоде SCR 2 и SCR 3 работают.

Якорь двигателя получает постоянное или прерывистое напряжение в зависимости от угла включения тиристора, коэффициента мощности.

При прерывистом токе якоря SCR 1 и SCR 4 зажигаются под углом a, из-за чего путь прохождения тока формируется от a до ß, как показано на Рис .:

Якорь двигателя получает напряжения от a до ß, в то время как от ß до p + a двигатель не может получать ток.

Таким образом регулируется скорость двигателя постоянного тока.

Управление мощностью двигателя переменного тока с помощью SCR

Управление скоростью с помощью метода изменения частоты или переменной частоты.

Очень важен частотный метод, с помощью которого можно регулировать скорость асинхронного двигателя.

Ns = 120f / P

Из приведенной выше формулы видно, что скорость асинхронного двигателя прямо пропорциональна частоте. Это означает, что частота напряжения питания изменяется, скорость двигателя индикации также изменяется, увеличивается входная частота питания увеличивается, скорость асинхронного двигателя также увеличивается и наоборот.

При использовании частотно-регулируемого метода трехфазное питание регулируется с помощью управляемого выпрямителя. Напряжение подается на выпрямитель с принудительной коммутацией моста, который производит переменную частоту для управления асинхронным двигателем.

Применение SCR

Существуют следующие применения SCR в электронике.

1. Фазовое регулирование сигналов
2. Для переключения электронных устройств.
3. Запуск ИС и различных схем синхронизации.
4. Используется как управляемый выпрямитель.

Кремниевый выпрямитель (SCR) | Тиристоры

Диоды Шокли и выпрямители с кремниевым управлением (SCR)

Диоды Шокли

— любопытные устройства, но их применение весьма ограничено. Однако их полезность можно расширить, оснастив их другим средством фиксации. При этом каждое из них становится настоящим усилительным устройством (хотя бы в режиме включения / выключения), и мы называем их кремниевыми выпрямителями или тиристорами.

Переход от диода Шокли к SCR достигается одним небольшим дополнением, фактически не более чем подключением третьего провода к существующей структуре PNPN: (рисунок ниже)

Кремниевый выпрямитель (SCR)

SCR Проводимость

Если затвор SCR остается плавающим (отключенным), он ведет себя точно так же, как диод Шокли. Он может фиксироваться напряжением размыкания или превышением критической скорости нарастания напряжения между анодом и катодом, как и в случае диода Шокли.Отключение достигается за счет уменьшения тока до тех пор, пока один или оба внутренних транзистора не перейдут в режим отсечки, также как диод Шокли. Однако, поскольку вывод затвора подключается непосредственно к базе нижнего транзистора, его можно использовать в качестве альтернативного средства для фиксации тиристора. При приложении небольшого напряжения между затвором и катодом нижний транзистор будет принудительно включаться результирующим током базы, что приведет к тому, что верхний транзистор будет проводить ток, который затем подает ток на базу нижнего транзистора, так что его больше не нужно активировать. напряжением затвора.Необходимый ток затвора для инициирования фиксации, конечно, будет намного ниже, чем ток через SCR от катода к аноду, поэтому SCR действительно обеспечивает некоторое усиление.

Запуск / срабатывание

Этот метод обеспечения проводимости SCR называется запуском или срабатыванием, и это, безусловно, наиболее распространенный способ фиксации SCR на практике. Фактически, тиристоры обычно выбираются так, чтобы их напряжение переключения намного превышало максимальное напряжение, которое ожидается от источника питания, поэтому его можно включить только с помощью преднамеренного импульса напряжения, приложенного к затвору.

Обратное срабатывание

Следует отметить, что тиристоры иногда могут отключаться путем прямого замыкания их выводов затвора и катода вместе или путем «обратного запуска» затвора отрицательным напряжением (относительно катода), так что нижний транзистор принудительно запускается. в отсечку. Я говорю, что это «иногда» возможно, потому что при этом весь ток коллектора верхнего транзистора шунтируется через базу нижнего транзистора. Этот ток может быть значительным, что в лучшем случае затрудняет триггерное отключение SCR.Вариант SCR, называемый тиристором с выключенным затвором, или GTO, упрощает эту задачу. Но даже с GTO ток затвора, необходимый для его отключения, может составлять до 20% анодного тока (нагрузки)! Схематический символ GTO показан на следующем рисунке: (Рисунок ниже)

Тиристор выключения затвора (ГТО)

SCR и GTO

SCR и GTO имеют одинаковую эквивалентную схему (два транзистора, подключенных по принципу положительной обратной связи), единственные различия заключаются в деталях конструкции, предназначенных для предоставления транзистору NPN большего β, чем PNP.Это позволяет меньшему току затвора (прямому или обратному) оказывать большую степень контроля над проводимостью от катода к аноду, при этом фиксированное состояние транзистора PNP в большей степени зависит от NPN, чем наоборот. Тиристор с выключенным затвором также известен под названием Gate-Controlled Switch, или GCS.

Проверка работоспособности тринистора с помощью омметра

Элементарный тест функции SCR или, по крайней мере, идентификация клеммы может быть выполнен с помощью омметра. Поскольку внутреннее соединение между затвором и катодом является одним PN-переходом, измеритель должен показывать непрерывность между этими выводами с помощью красного измерительного провода на затворе и черного измерительного провода на катоде следующим образом: (Рисунок ниже)

Элементарное испытание SCR

Все остальные измерения целостности, выполненные на SCR, будут показывать «разомкнут» («OL» на некоторых дисплеях цифровых мультиметров).Следует понимать, что этот тест является очень грубым и не представляет собой исчерпывающую оценку SCR. SCR может давать хорошие показания омметра и при этом оставаться неисправным. В конечном счете, единственный способ проверить SCR — это подвергнуть его току нагрузки.

Если вы используете мультиметр с функцией «проверки диодов», полученное вами показание напряжения перехода затвор-катод может соответствовать или не соответствовать ожидаемому от кремниевого PN перехода (приблизительно 0,7 В).В некоторых случаях вы увидите гораздо более низкое напряжение перехода: всего сотые доли вольта. Это связано с внутренним резистором, подключенным между затвором и катодом, встроенным в некоторые тиристоры. Этот резистор добавлен, чтобы сделать тиристор менее восприимчивым к ложному срабатыванию из-за паразитных скачков напряжения, «шума» цепи или статического электрического разряда. Другими словами, наличие резистора, подключенного через переход затвор-катод, требует подачи сильного пускового сигнала (значительного тока) для фиксации тиристора.Эта функция часто встречается в больших SCR, а не в маленьких SCR. Помните, что SCR с внутренним резистором, подключенным между затвором и катодом, будет указывать на непрерывность в обоих направлениях между этими двумя клеммами: (рисунок ниже)

Более крупные тиристоры имеют резистор между катодом и затвором.

SCR чувствительного затвора

«Нормальные» тиристоры без этого внутреннего резистора иногда называют чувствительными тиристорами затвора из-за их способности срабатывать при малейшем положительном сигнале затвора.

Испытательная схема для SCR практична как диагностический инструмент для проверки подозреваемых SCR, а также является отличным помощником в понимании основных операций SCR. Источник постоянного напряжения используется для питания схемы, а два кнопочных переключателя используются для фиксации и разблокировки тиристора соответственно: (рисунок ниже)

Схема тестирования SCR

При нажатии нормально разомкнутого кнопочного переключателя затвор соединяется с анодом, пропуская ток от положительной клеммы батареи, через нагрузочный резистор, через переключатель, через PN переход катод-затвор и обратно к батарее. .Этот ток затвора должен вынудить SCR зафиксироваться, позволяя току проходить напрямую от анода к катоду без дальнейшего запуска через затвор. Когда кнопка «Вкл.» Отпущена, нагрузка должна оставаться под напряжением.

Нажатие нормально замкнутого кнопочного переключателя «Выкл.» Разрывает цепь, заставляя ток через тиристор остановиться, тем самым вынуждая его выключиться (выпадение слабого тока).

Текущий ток

Если SCR не фиксируется, проблема может быть в нагрузке, а не в SCR.Определенная минимальная величина тока нагрузки требуется, чтобы удерживать тиристор во включенном состоянии. Этот минимальный уровень тока называется током удержания. Нагрузка со слишком большим значением сопротивления может не потреблять достаточно тока, чтобы удерживать тиристор в защелкивании, когда ток затвора прекращается, что создает ложное впечатление о плохом (нефиксируемом) тиристоре в тестовой цепи. Значения тока удержания для различных тиристоров должны быть доступны у производителей. Типичные значения удерживающего тока находятся в диапазоне от 1 мА до 50 мА или более для более крупных устройств.

Для того, чтобы тест был полностью исчерпывающим, необходимо протестировать не только запускающее действие. Предел прямого напряжения переключения SCR может быть протестирован путем увеличения напряжения постоянного тока (без нажатия кнопки) до тех пор, пока SCR не защелкнется сам по себе. Помните, что испытание на отключение может потребовать очень высокого напряжения: многие силовые тиристоры имеют номинальное напряжение отключения 600 вольт или более! Кроме того, если доступен генератор импульсного напряжения, критическая скорость нарастания напряжения для SCR может быть проверена таким же образом: подвергнуть его импульсному напряжению питания с разной скоростью вольт / время без срабатывания кнопочных переключателей и посмотреть, когда он защелкнется.

В этой простой форме тестовая схема SCR может быть достаточной в качестве схемы управления пуском / остановом для двигателя постоянного тока, лампы или другой практической нагрузки: (рисунок ниже)

Цепь управления пуском / остановом двигателя постоянного тока

Схема «Лом»

Еще одно практическое применение SCR в цепи постоянного тока — это устройство лома для защиты от перенапряжения. Схема «лом» состоит из тиристора, размещенного параллельно с выходом источника питания постоянного тока, для прямого короткого замыкания на выходе этого источника, чтобы предотвратить попадание чрезмерного напряжения на нагрузку.Повреждение SCR и источника питания предотвращается разумным размещением предохранителя или значительным последовательным сопротивлением перед SCR для ограничения тока короткого замыкания: (рисунок ниже)

Цепь лома, используемая в источнике постоянного тока

Некоторые устройства или схемы, измеряющие выходное напряжение, будут подключены к затвору SCR, так что при возникновении состояния перенапряжения напряжение будет приложено между затвором и катодом, запустив SCR и заставив плавкий предохранитель перегореть.Эффект будет примерно таким же, как при падении прочного стального лома прямо на выходные клеммы источника питания, отсюда и название схемы.

Большинство приложений SCR предназначены для управления мощностью переменного тока, несмотря на то, что SCR по своей природе являются устройствами постоянного тока (однонаправленными). Если требуется двунаправленный ток в цепи, можно использовать несколько тиристоров, один или несколько тиристоров обращены в каждом направлении, чтобы обрабатывать ток через оба полупериода волны переменного тока. Основная причина, по которой тиристоры вообще используются для управления мощностью переменного тока, — это уникальная реакция тиристора на переменный ток.Как мы видели, тиратронная лампа (версия SCR с электронной лампой) и DIAC, гистерезисное устройство, срабатывающее во время части полупериода переменного тока, будут фиксироваться и оставаться включенными в течение оставшейся части полупериода до тех пор, пока переменный ток ток уменьшается до нуля, так как он должен начинать следующий полупериод. Непосредственно перед точкой перехода через ноль формы сигнала тока тиристор отключится из-за недостаточного тока (это поведение также известно как естественная коммутация), и его необходимо снова запустить во время следующего цикла.В результате ток в цепи эквивалентен «нарезанной» синусоидальной волне. Для обзора, вот график реакции DIAC на напряжение переменного тока, пик которого превышает напряжение отключения DIAC: (рисунок ниже)

Двунаправленный ответ DIAC

Для DIAC этот предел напряжения отключения был фиксированной величиной. С помощью SCR мы можем точно контролировать момент фиксации устройства, запуская логический элемент в любой момент времени на осциллограмме. Подключив подходящую схему управления к затвору SCR, мы можем «разрезать» синусоидальную волну в любой точке, чтобы обеспечить пропорциональное во времени управление мощностью нагрузки.

В качестве примера возьмем схему на рисунке ниже. Здесь SCR расположен в цепи для управления мощностью нагрузки от источника переменного тока.

SCR управление питанием переменного тока

Будучи однонаправленным (односторонним) устройством, в лучшем случае мы можем подавать на нагрузку только полуволновую мощность в полупериоде переменного тока, когда полярность напряжения питания положительная вверху и отрицательная внизу. Однако для демонстрации основной концепции пропорционального времени управления эта простая схема лучше, чем одна схема управления двухполупериодной мощностью (для которой потребовалось бы два SCR).

При отсутствии срабатывания затвора и напряжении источника переменного тока значительно ниже номинального напряжения отключения тиристора, тиристор никогда не включится. Подключение затвора SCR к аноду через стандартный выпрямительный диод (для предотвращения обратного тока через затвор в случае, если SCR содержит встроенный резистор затвор-катод), позволит срабатывать SCR почти сразу в начале каждый положительный полупериод: (рисунок ниже)

Затвор подключен непосредственно к аноду через диод; почти полная полуволна тока через нагрузку.

Задержка срабатывания триггера SCR

Мы можем задержать срабатывание SCR, однако, добавив некоторое сопротивление в схему затвора, увеличив таким образом величину падения напряжения, требуемого до того, как достаточный ток затвора запустит SCR. Другими словами, если мы усложним прохождение тока через затвор, добавив сопротивление, напряжение переменного тока должно будет достичь более высокой точки в своем цикле, прежде чем ток затвора станет достаточным для включения SCR. Результат показан на рисунке ниже.

В цепь затвора вставлено сопротивление; менее полуволны тока через нагрузку.

Поскольку полусинусоидальная волна в большей степени прерывается задержкой срабатывания тринистора, нагрузка получает меньшую среднюю мощность (мощность доставляется в течение меньшего времени в течение цикла). Сделав резистор последовательного затвора переменным, мы можем отрегулировать пропорциональную во времени мощность: (рисунок ниже)

Увеличение сопротивления приводит к повышению порогового уровня, в результате чего на нагрузку подается меньшая мощность.Уменьшение сопротивления снижает пороговый уровень, в результате чего на нагрузку поступает больше мощности.

К сожалению, эта схема управления имеет существенное ограничение. При использовании сигнала источника переменного тока для нашего триггерного сигнала SCR мы ограничиваем управление первой половиной полупериода сигнала. Другими словами, мы не можем ждать, пока волна не достигнет пика, чтобы запустить SCR. Это означает, что мы можем уменьшить мощность только до точки, в которой SCR включается на самом пике волны: (Рисунок ниже)

Цепь при минимальной мощности

Дальнейшее повышение порога срабатывания триггера приведет к тому, что схема вообще не сработает, поскольку даже пика напряжения переменного тока не будет достаточно для срабатывания тринистора.В результате на нагрузку не подается питание.

Гениальное решение этой дилеммы управления заключается в добавлении в схему фазосдвигающего конденсатора: (рисунок ниже)

Добавление в схему фазовращающего конденсатора

Меньшая форма волны, показанная на графике, представляет собой напряжение на конденсаторе. Чтобы проиллюстрировать фазовый сдвиг, я предполагаю состояние максимального управляющего сопротивления, при котором тиристор не срабатывает вообще без тока нагрузки, за исключением того небольшого тока, который проходит через управляющий резистор и конденсатор.Это напряжение конденсатора будет сдвинуто по фазе от 0 ° до 90 °, отставая от формы сигнала переменного тока источника питания. Когда это сдвинутое по фазе напряжение достигает достаточно высокого уровня, срабатывает тиристор.

При достаточном напряжении на конденсаторе для периодического срабатывания тринистора, результирующая форма волны тока нагрузки будет выглядеть примерно так, как показано на рисунке ниже).

Сигнал со сдвигом по фазе запускает SCR в проводимость.

Поскольку форма волны конденсатора все еще нарастает после того, как форма волны основной мощности переменного тока достигла своего пика, становится возможным запускать SCR на пороговом уровне за пределами этого пика, тем самым прерывая волну тока нагрузки дальше, чем это было возможно с более простой схемой.На самом деле форма волны напряжения конденсатора немного сложнее, чем то, что показано здесь, ее синусоидальная форма искажается каждый раз, когда тиристор срабатывает. Однако то, что я пытаюсь проиллюстрировать здесь, — это отложенное срабатывание триггера, полученное с помощью фазосдвигающей RC-цепи; таким образом, упрощенная, неискаженная форма сигнала хорошо служит этой цели.

Запуск SCR сложными схемами

SCR также могут запускаться или «запускаться» более сложными схемами. В то время как ранее показанная схема достаточна для простого применения, такого как управление лампой, большие промышленные системы управления двигателями часто полагаются на более сложные методы запуска.Иногда импульсные трансформаторы используются для соединения цепи запуска с затвором и катодом тринистора, чтобы обеспечить электрическую изоляцию между цепями запуска и питания.

Трансформаторная связь триггерного сигнала обеспечивает изоляцию.

Когда несколько тиристоров используются для управления мощностью, их катоды часто не являются электрически общими, что затрудняет подключение одной цепи запуска ко всем тиристорам в равной степени. Примером этого является управляемый мостовой выпрямитель, показанный на рисунке ниже.

Управляемый мостовой выпрямитель

В любой схеме мостового выпрямителя выпрямительные диоды (в данном примере это выпрямительные тиристоры) должны проводить встречные пары. SCR1 и SCR3 должны запускаться одновременно, а SCR2 и SCR4 должны запускаться вместе как пара. Однако, как вы заметите, эти пары тиристоров не используют одни и те же катодные соединения, а это означает, что просто параллельное соединение их соответствующих затворов и подключение одного источника напряжения для запуска обоих не сработает: (рисунок ниже)

Эта стратегия не будет работать для запуска SCR2 и SCR4 как пары.

Несмотря на срабатывание источника напряжения показан, вызовет SCR4, это не будет вызывать scr2 должным образом, потому что два тиристор не имеет общую связь катода ссылку, что инициирующее напряжение. Однако импульсные трансформаторы, соединяющие два тиристорных затвора с общим источником пускового напряжения, будут работать: (рисунок ниже)

Трансформаторная муфта затворов позволяет срабатывать SCR2 и SCR4.

Имейте в виду, что на этой схеме показаны соединения затвора только для двух из четырех тиристоров.Импульсные трансформаторы и источники запуска для SCR1 и SCR3, а также детали самих источников импульсов для простоты опущены.

Управляемые мостовые выпрямители не ограничиваются однофазными конструкциями. В большинстве промышленных систем управления питание переменного тока доступно в трехфазной форме для максимальной эффективности, и полупроводниковые схемы управления построены для использования этого преимущества. Схема трехфазного управляемого выпрямителя, построенная на тиристорах, без показанных импульсных трансформаторов или схемы запуска, будет выглядеть, как показано на рисунке ниже.

Трехфазный мост SCR контроль нагрузки

ОБЗОР: Кремниевый выпрямитель, или SCR, по сути, представляет собой диод Шокли с добавленной дополнительной клеммой. Этот дополнительный вывод называется затвором, и он используется для запуска устройства в режим проводимости (защелкивания) путем приложения небольшого напряжения. Чтобы запустить или запустить SCR, необходимо приложить напряжение между затвором и катодом, положительное к затвору и отрицательное к катоду.

При тестировании SCR мгновенного соединения между затвором и анодом достаточно полярности, интенсивности и продолжительности для его запуска.SCR могут срабатывать при преднамеренном срабатывании вывода затвора, чрезмерном напряжении (пробое) между анодом и катодом или чрезмерной скорости нарастания напряжения между анодом и катодом. Тиристоры могут быть отключены анодным током, падающим ниже значения удерживающего тока (слабый ток выпадения) или «обратным зажиганием» затвора (подачей отрицательного напряжения на затвор). Обратное срабатывание только иногда эффективно и всегда связано с большим током затвора.

Вариант SCR, называемый тиристором с выключением затвора (GTO), специально разработан для отключения посредством обратного запуска.Даже в этом случае для обратного запуска требуется довольно большой ток: обычно 20% анодного тока. Клеммы SCR могут быть идентифицированы измерителем непрерывности: единственными двумя клеммами, показывающими какую-либо непрерывность между ними, должны быть затвор и катод. Выводы затвора и катода подключаются к PN-переходу внутри SCR, поэтому измеритель целостности цепи должен получать диодоподобные показания между этими двумя выводами с красным (+) выводом на затворе и черным (-) выводом на катоде. Однако помните, что некоторые большие тиристоры имеют внутренний резистор, подключенный между затвором и катодом, что повлияет на любые показания непрерывности, снятые измерителем.

SCR

— настоящие выпрямители: они пропускают через них ток только в одном направлении. Это означает, что их нельзя использовать отдельно для управления двухполупериодным переменным током. Если диоды в схеме выпрямителя заменены на тиристоры, у вас есть задатки схемы управляемого выпрямителя, в соответствии с которой мощность постоянного тока на нагрузку может быть пропорциональной по времени за счет срабатывания тиристоров в разных точках формы волны переменного тока.

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

Как работает тиристор / SCR? Основные операции »Примечания по электронике

Тиристор / тиристор можно рассматривать как два встречных транзистора, чтобы объяснить его работу и принцип работы.

Triac, Diac, SCR Учебное пособие Включает:
Основы тиристоров
Конструкция тиристорного устройства
Работа тиристора
Затвор отключающий тиристор, ГТО
Характеристики тиристора
Что такое симистор
Технические характеристики симистора
Обзор Diac

При проектировании и использовании схем тиристоров или тиристоров помогает понять, как работает тиристор.

По сути, работу тиристора / тиристора можно объяснить с помощью переключателя с фиксацией.После настройки током на затворе он требует снятия напряжения на катоде и аноде, прежде чем он перестанет проводить.

Работа тиристора: основы

В работе тиристор / тиристор имеет три состояния, в которых он может находиться в любой момент времени:

• Блокировка обратного направления: В этом режиме или состоянии тиристор блокирует ток так же, как и диод с обратным смещением. Тиристор / SCR может проводить только в одном направлении и блокируется в обратном направлении.
• Прямая блокировка: В этом режиме или состоянии работа тиристора такова, что он блокирует прямую проводимость тока, которая обычно переносится диодом с прямым смещением. В этом состоянии тиристор / SCR не находится во включенном состоянии, так как вентиль не сработал.
• Прямая проводимость: В этом режиме тиристор / SCR приводится в действие током на затворе. Он будет проводиться независимо от состояния ворот.Ток должен быть подан только на затвор, чтобы запустить тиристор / тиристор, и он останется проводящим. Устройство перестанет проводить, когда прямой ток упадет ниже порогового значения, известного как «ток удержания».

Тиристор состоит из четырех полупроводниковых областей: P N P N. Внешняя область P образует анод, а внешняя область n — катод, как показано ниже.

Базовая структура тиристора / SCR

Чтобы посмотреть, как работает тиристор, полезно использовать упрощенную эквивалентную схему.Он состоит из двух встречных транзисторов, как показано ниже.

Транзистор с эмиттером, соединенным с катодом тиристора, является устройством NPN, тогда как транзистор с эмиттером, соединенным с анодом SCR, представляет собой разновидность PNP. Затвор подключен к базе транзистора NPN.

Эквивалентная схема тиристора

Эта схема образует петлю положительной обратной связи внутри тиристора. Выход одного транзистора подан на вход второго. В свою очередь, выход второго транзистора возвращается на вход первого.В результате видно, что общий коэффициент усиления по току устройства превышает единицу. Это означает, что когда ток начинает течь, он быстро нарастает, пока оба транзистора не будут полностью включены или насыщены.

Когда на тиристор подается напряжение, ток не течет, потому что ни один из транзисторов не проводит ток. В результате нет полного пути через устройство. Если через электрод затвора пропустить небольшой ток, это включит транзистор TR2. Когда это произойдет, коллектор TR2 упадет по направлению к напряжению на эмиттере, т.е.е. катод всего устройства. Когда это происходит, ток будет течь через базу TR1 и включить этот транзистор. Опять же, теперь он будет пытаться подтянуть напряжение на коллекторе TR1 к его напряжению эмиттера. Это вызовет протекание тока в эмиттере TR2, в результате чего его состояние «включено» будет поддерживаться. Таким образом, для включения тиристора требуется только небольшой пусковой импульс на затворе. После включения тиристор можно выключить только сняв напряжение питания.

Принцип действия рассматриваемого тиристора относительно прост для понимания.

Другие электронные компоненты: Резисторы
Конденсаторы
Индукторы
Кристаллы кварца
Диоды
Транзистор
Фототранзистор
Полевой транзистор
Типы памяти
Тиристор
Разъемы
Разъемы RF
Клапаны / трубки
Аккумуляторы
Переключатели
Реле

Вернуться в меню «Компоненты».. .

Кремниевый выпрямитель (SCR) | Символ, работа, приложения

В этом руководстве мы узнаем о кремниевом управляемом выпрямителе (SCR). Мы узнаем его символ, структуру, работу, методы включения и выключения и некоторые приложения.

Введение

Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) — самый важный и наиболее часто используемый член семейства тиристоров. SCR может использоваться для различных приложений, таких как выпрямление, регулирование мощности и инверсия и т. Д.Как и диод, SCR — это однонаправленное устройство, пропускающее ток в одном направлении и противодействующее в другом.

SCR — трехконтактное устройство; анод, катод и затвор, как показано на рисунке. SCR имеет встроенную функцию для включения или выключения, и его переключение контролируется условиями смещения и входной клеммой затвора.

Это приводит к изменению средней мощности, подаваемой на нагрузку, путем изменения периодов включения SCR. Он может выдерживать несколько тысяч напряжений и токов.Символ SCR и его выводы показаны на рисунке.

Вернуться к началу

Конструкция выпрямителя с кремниевым управлением

SCR — это четырехуровневое и трех оконечное устройство. Четыре слоя, состоящие из слоев P и N, расположены поочередно, так что они образуют три соединения J1, J2 и J3. Эти переходы бывают легированными или диффузными в зависимости от типа конструкции.

Внешние слои (P- и N-слои) сильно легированы, тогда как средние P- и N-слои слабо легированы.Вывод затвора взят на средний P-слой, анод — от внешнего P-слоя, а катод — от выводов N-слоя. SCR сделан из кремния, потому что по сравнению с германием ток утечки в кремнии очень мал.

Для изготовления SCR используются три типа конструкций: планарный тип, тип Mesa и тип пресс-пакета. Для маломощных тиристоров используется планарная конструкция, в которой все переходы в тиристорах рассеиваются. В конструкции типа мезы переход J2 формируется диффузионным методом, и, таким образом, внешние слои сплавляются с ним.

Эта конструкция в основном используется в мощных кремниевых выпрямителях. Для обеспечения высокой механической прочности SCR закреплен пластинами из молибдена или вольфрама. И одна из этих пластин припаяна к медной шпильке, на которую дополнительно навинчивается радиатор.

Вернуться к началу

Работа или режимы работы SCR

В зависимости от смещения, заданного SCR, работа SCR делится на три режима. Их

1. Режим прямой блокировки
2. Режим прямой проводимости и
3. Обратный режим блокировки

Режим прямой блокировки

В этом режиме работы кремниевый управляемый выпрямитель подключен так, что вывод анода становится положительным по отношению к катоду, а вывод затвора остается открытым.В этом состоянии переходы J1 и J3 смещены в прямом направлении, а переход J2 — в обратном.

Из-за этого через тиристор протекает небольшой ток утечки. До тех пор, пока напряжение, приложенное к SCR, не станет больше, чем напряжение отключения, SCR будет оказывать очень высокое сопротивление протеканию тока. Следовательно, в этом режиме SCR действует как разомкнутый переключатель, блокируя прямой ток, протекающий через SCR, как показано на кривой характеристик VI SCR.

Вернуться к началу

Режим прямой проводимости

В этом режиме тиристор или тиристор переходит в режим проводимости из режима блокировки.Это можно сделать двумя способами: либо путем подачи положительного импульса на вывод затвора, либо путем увеличения прямого напряжения (или напряжения на аноде и катоде) сверх напряжения отключения SCR.

При применении любого из этих методов лавинный пробой происходит на стыке J2. Поэтому SCR переходит в режим проводимости и действует как замкнутый переключатель, в результате чего через него начинает течь ток.

Обратите внимание, что на характеристическом рисунке VI, если значение тока затвора высокое, минимум будет моментом для перехода в режим проводимости, как Ig3> Ig2> Ig1.В этом режиме через тиристор протекает максимальный ток, и его значение зависит от сопротивления нагрузки или импеданса.

Также следует отметить, что если ток затвора увеличивается, напряжение, необходимое для включения SCR, меньше, если предпочтительнее смещение затвора. Ток, при котором SCR переходит в режим проводимости из режима блокировки, называется током фиксации (IL).

А также, когда прямой ток достигает уровня, при котором SCR возвращается в состояние блокировки, называется током удержания (IH).На этом уровне удерживающего тока область истощения начинает развиваться вокруг перехода J2. Следовательно, ток удержания немного меньше тока фиксации.

Вернуться к началу

Обратный режим блокировки

В этом режиме работы катод сделан положительным по отношению к аноду. Тогда переходы J1 и J3 смещены в обратном направлении, а J2 — в прямом. Это обратное напряжение переводит SCR в область обратной блокировки, в результате чего через него протекает небольшой ток утечки, и он действует как разомкнутый переключатель, как показано на рисунке.

Таким образом, устройство обеспечивает высокий импеданс в этом режиме до тех пор, пока подаваемое напряжение не станет меньше напряжения обратного пробоя VBR тринистора. Если обратное приложенное напряжение превышает VBR, то на переходах J1 и J3 происходит лавинный пробой, что приводит к увеличению обратного тока, протекающего через SCR.

Этот обратный ток вызывает большие потери в тиристоре и даже увеличивает его нагрев. Таким образом, если обратное напряжение больше, чем VBR, будет значительно поврежден SCR.

Вернуться к началу

Двухтранзисторный аналог SCR

Аналогия с двумя транзисторами или модель с двумя транзисторами SCR выражает самый простой способ понять работу SCR, визуализировав его как комбинацию двух транзисторов, как показано на рисунке. Коллектор каждого транзистора соединен с базой другого транзистора.

Предположим, что сопротивление нагрузки подключено между выводами анода и катода, а небольшое напряжение приложено к выводам затвора и катода.При отсутствии напряжения на затворе транзистор 2 находится в режиме отсечки из-за нулевого тока базы. Следовательно, ток не течет через коллектор и, следовательно, через базу транзистора T1. Следовательно, оба транзистора имеют разомкнутую цепь, и поэтому ток через нагрузку не протекает.

Когда между затвором и катодом прикладывается определенное напряжение, через базу транзистора 2 протекает небольшой ток базы, и, таким образом, ток коллектора увеличивается. И, следовательно, базовый ток на транзисторе T1 переводит транзистор в режим насыщения, и, таким образом, ток нагрузки будет течь от анода к катоду.

Из приведенного выше рисунка базовый ток транзистора T2 становится током коллектора транзистора T1 и наоборот.

Отсюда

Ib2 = Ic1 и Ic2 = Ib1

Также ток через катодный вывод, Ik = Ig + Ia …… (1)

Для транзистора

Ib1 = Ie1 — Ic1 …… (2)

и Ic1 = α1Ie1 + Ico1 …… (3)

Где Ico1 — ток утечки.

Подставляя уравнение 3 в уравнение 2, получаем

Ib1 = Ie1 (1 — α1) — Ico1 …….(4)

Из рисунка анодный ток — это эмиттерный ток транзистора Т1,

.

Ia = Ie1

Тогда Ib1 = Ia (1 — α1) — Ico1

А также для транзистора Т2

Ic2 = α2Ie2 + Ico2

Но Ik = Ie2

Следовательно, Ic2 = α2Ik + Ico2

Ic2 = α2 (Ig + Ia) + Ico2… .. (5)

Но Ib1 = Ic2… .. (6)

Подставляя уравнения 4 и 5 в уравнение 6, получаем

Ia (1 — α1) — Ico1 = α2 (Ig + Ia) + Ico2

Ia = [α2 Ig + Ico1 + Ico2] / [1- (α1 + α2)]

Предполагая, что токами утечки в обоих транзисторах можно пренебречь, получаем

Ia = [α2 Ig] / [1- (α1 + α2)]

где α1 и α2 — соответствующие коэффициенты усиления двух транзисторов.

Вернуться к началу

Методы включения SCR

Из приведенного выше уравнения, если (α1 + α2) равно единице, то Ia становится бесконечным. Это означает, что анодный ток внезапно возрастает до высокого значения и переходит в режим проводимости из непроводящего состояния. Это называется регенеративным действием SCR. Таким образом, для срабатывания тринистора значение тока затвора (α1 + α2) должно приближаться к единице. Из полученного уравнения условия для включения SCR равны

.

1. Ток утечки через тиристор будет увеличиваться при очень высокой температуре устройства.Это превращает SCR в проводимость.

2. Когда ток, протекающий через устройство, очень мал, тогда α1 и α2 очень малы. Условиями перенапряжения являются большие значения коэффициента размножения электронов Mn и коэффициента размножения дырок Mp вблизи перехода J2. Следовательно, при повышении напряжения на устройстве для разрыва перенапряжения VBO вызывает пробой перехода J2, и, таким образом, SCR включается.

3. А также за счет увеличения α1 и α2 достигается условие прерывания.Коэффициент усиления транзисторов по току зависит от значения Ig, поэтому при увеличении Ig можно включить тиристор.

Вернуться к началу

Методы выключения SCR

SCR не может быть выключен через клемму затвора, как процесс включения. Чтобы выключить SCR, анодный ток должен быть уменьшен до уровня ниже уровня удерживающего тока SCR. Процесс выключения SCR называется коммутацией. Два основных типа коммутации SCR:

1. Естественная коммутация и
2. Принудительная коммутация

Принудительная коммутация снова подразделяется на несколько типов, например,

• Коммутация класса A
• Коммутация класса B
• Коммутация класса C
• Коммутация класса D
• Коммутация класса E

Наверх

Управление двигателем постоянного тока с помощью SCR

Рассмотрим рисунок ниже, на котором тиристоры используются для управления скоростью двигателя постоянного тока.Как мы, тот двигатель постоянного тока состоит из обмоток возбуждения и якоря. Путем управления напряжением, подаваемым на якорь, регулируется скорость двигателя постоянного тока.

Источник питания переменного тока подключен к первичной и вторичной обмотке трансформатора, два тиристора подключены параллельно, как показано на рисунке. Выход этих тиристоров приводит в действие двигатель постоянного тока. Обмотка возбуждения подключена через диоды, которые подают неконтролируемый постоянный ток на обмотку возбуждения.

Во время положительного полупериода входа SCR1 смещен в прямом направлении, и когда импульс запуска подается на затвор, SCR1 начинает проводить.Таким образом, ток нагрузки протекает к двигателю постоянного тока через SCR1. Во время отрицательного полупериода входа SCR 2 смещен в прямом направлении, а SCR 1 — в обратном, и, следовательно, SCR1 выключен.

Когда на SCR2 поступает срабатывание затвора, он начинает проводить. Изменяя триггерный вход для соответствующих SCR, средний выходной сигнал для двигателя постоянного тока изменяется, и, следовательно, его скорость регулируется.

Вернуться к началу

Управление двигателем переменного тока с помощью SCR

Скорость асинхронного двигателя переменного тока регулируется путем изменения приложенного к нему напряжения статора.На рисунке ниже показано подключение SCR для изменения напряжения, подаваемого на статор асинхронного двигателя.

Каждая фаза состоит из двух антипараллельных SCR, один для положительного пика, а другой для отрицательного пика. Таким образом, всего шесть конфигураций SCR используются для производства переменной мощности.

Входное трехфазное питание переменного тока подается на трехфазный асинхронный двигатель через этот набор тиристоров. Когда эти тиристоры запускаются задержанными импульсами, среднее напряжение, подаваемое на асинхронный двигатель, изменяется, а следовательно, и скорость.

Вернуться к началу

Преимущества выпрямителя с кремниевым управлением

1. По сравнению с электромеханическим или механическим переключателем, SCR не имеет движущихся частей. Следовательно, с высокой эффективностью он может обеспечить бесшумную работу.
2. Скорость переключения очень высока, так как он может выполнять 1 нанооперацию в секунду.
3. Они могут работать при высоком напряжении и токе с небольшим током затвора.
4. Больше подходит для работы на переменном токе, потому что в каждом нулевом положении цикла переменного тока SCR автоматически отключается.
5. Небольшой размер, поэтому простой монтаж и бесперебойное обслуживание.

Наверх

Сводка

1. Кремниевый управляемый выпрямитель ведет себя как переключатель с двумя состояниями: непроводящий или проводящий.
2. Есть три режима, в которых работает SCR. Это прямая блокировка, режим прямой проводимости и режим обратной блокировки.
3. В основном есть два способа включить SCR, что означает: либо путем увеличения напряжения на SCR сверх напряжения отключения SCR, либо путем подачи небольшого напряжения на затвор.Типичное значение затвора — 1,5 В, 30 мА. Если ток затвора увеличивается, тиристор включается при значительно пониженном напряжении питания.
4. SCR не может быть выключен через затвор, поэтому, чтобы открыть SCR, подаваемое напряжение должно быть уменьшено до нуля.

Выпрямитель с кремниевым управлением

5. может использоваться как для коммутации переменного, так и постоянного тока.

Наверх

SCR (выпрямитель с кремниевым управлением) — Конструкция, работа и запуск

Электрическое название выпрямителя с кремниевым или полупроводниковым управлением (SCR) — тиристор.Это четырехслойные полупроводниковые устройства, в которых три вывода известны как анод, катод и затвор. В зависимости от срабатывания затвора устройство можно рассматривать как выключатель или использовать как выпрямитель. Эти SCR не подходят для усиления. SCR отвечают за протекание тока в одном направлении. Следовательно, это также однонаправленное устройство. Он состоит из трех узлов. Это устройства, которые работают на токах. Следовательно, они называются устройствами с регулируемым током.Они очень полезны для управления устройствами, когда напряжение питания переменного тока установлено на высокий уровень, для обеспечения управления лампами и для обеспечения управления фазой, двигателями переменного тока.

Что такое кремниевый управляемый выпрямитель (SCR)?

Определение: Твердотельное устройство с четырехслойной структурой, в котором течет ток в одном направлении, как в диоде, где у него есть три перехода вместе с тремя выводами. Эти устройства называются кремниевыми выпрямителями (SCR).Другое название этого — тиристор. Это устройства, которые работают с током. Большое значение тока на анодном выводе контролируется величиной тока, приложенного к выводному затвору. Следовательно, это устройства, управляемые током.

Символьное представление SCR

Конструкция SCR

SCR состоит из четырех слоев, которые состоят из полупроводникового материала P-типа и N-типа. Они наслоены таким образом, что имеют тенденцию образовывать три соединения: J1, J2 и J3.Три клеммы, которые к нему прикреплены, известны как анод, катод и затвор. Анод — это основной вывод, через который ток течет или входит в устройство. Где катод — это вывод, через который введенный ток покидает устройство.

Клемма ввода тока имеет положительную полярность, а клемма, через которую выходит ток, имеет отрицательную полярность. Между током между клеммами должен быть контакт, который может обеспечить управление.Это может быть обеспечено конечным затвором. Этот терминал иногда также называют терминалом управления.

P-N-P-N Тип SCR

Рассмотрим SCR типа P-N-P-N. В этом случае, поскольку анод подсоединен выше, то есть к P-типу, а катод подсоединен к концу, который относится к N-типу. Если оконечный затвор также подключен к р-типу, но он будет вторым в последовательности. Следовательно, вывод затвора расположен ближе к катоду вывода.

Здесь соединение J1 образовано между первым P-типом и N-типом. Второй переход J2 будет лежать между слоями N-типа и вторым слоем P-типа. Третье соединение будет между последним слоем P-типа и слоем N-типа. В зависимости от требований или необходимости применения эти слои тиристора легированы. Кремний, предпочтительный здесь для его конструкции, относится к внутреннему типу.

Работа / работа SCR

Базовый принцип работы SCR заключается в том, что при срабатывании триггера или смещения на затворе терминала начинается проводимость.Поскольку это однонаправленное устройство, ток будет в одном направлении. Он напоминает работу диода, но с той лишь разницей, что он может выдерживать большое количество напряжений и мощностей.

Запуск

Запуск SCR — это метод включения устройства. Его нужно применять с достаточным смещением к оконечному затвору. Следовательно, это называется срабатыванием SCR или срабатыванием тиристора. Наконец, когда устройство переходит в состояние ВКЛ или проводящее состояние, максимальная величина тока проходит через анод клеммы.В SCR задействованы различные типы запуска. Это:

1). Запуск по напряжению

Поскольку значение прямого напряжения превышает максимальную точку, то есть перенапряжение прямого прерывания, и в этой ситуации клеммный затвор остается открытым. Этот тип запуска в тиристоре или тиристоре известен как запуск по напряжению. Но обычно это не является предпочтительным, потому что тиристоры связаны с контролем высоких значений напряжения, если клемма затвора остается открытой, она не может соответствовать требованиям и приводит к разрушению устройства.

2). Срабатывание по температуре

Это срабатывание происходит при повышении температуры в устройстве. Это увеличение приводит к увеличению количества дырочных и электронных пар. Косвенно ток, известный как регенеративный ток, имеет тенденцию к увеличению, заставляя устройство включаться. Этот вид срабатывания не является предпочтительным из-за теплового режима, существует вероятность теплового разгона.

3). Запуск по свету

В этом типе срабатывания световые лучи падают на поверхности тиристоров, так что количество пар электронов и дырок увеличивается.Следовательно, тиристор включился.

4). dv / dt Запуск

Если уровень напряжения между выводами анода на соответствующий катод высокий, в таких случаях этого уровня напряжения достаточно для включения тиристора. Но увеличение силы тока может вывести устройство из строя. Следовательно, в этом случае для устройства должна быть предусмотрена защита от срабатывания.

5). Запуск по стробу

Этот тип запуска используется наиболее часто.В этом случае терминал затвора срабатывает, чтобы на нем мог включиться тиристор. Когда устройство включается, управление терминалом затвора над устройством теряется. Причина потери контроля заключается в регенерации носителей заряда.

Это некоторые методы запуска тиристоров.

Приложения

Приложения SCR включают следующее.

SCR могут управлять устройствами с более высоким значением мощности переменного тока; его можно эффективно использовать там, где требуется управление устройствами с высоким значением напряжения и мощности.Он способен преобразовывать огромное количество энергии переменного тока в постоянный. Следовательно, это делает его эффективным выпрямителем, способным выдерживать высокие напряжения.

Эти устройства используются при управлении реле.

В элементах, в которых используется принцип индукционного нагрева, требуется регулирование мощности в таком оборудовании. Следовательно, эти тиристоры применимы в таких концепциях.

Выше приведены некоторые из основных приложений, в которых установлены SCR. Таким образом, основные функции тиристора различаются из-за его одностороннего сходства проводимости с диодом и качества выпрямления.