Однооперационный тиристор: Как работают мощные силовые тиристоры. Как работает тиристор

Основные понятия и определения электроники. Компонентная база электроники, страница 8

                                                                                              Схема замещения

УГО

Коллектор

Коллектор

Затвор

Эмиттер

                                                                                                                                        Эмиттер        

Рис. 2.13. Условное графическое обозначение и схема замещения IGBT

Конструктивно IGBT представляет собой многослойную структуру, имеющую достаточно сложный для понимания принцип функционирования. Упрощенно IGBT можно представить в виде схемы замещения, как показано на рис. 2.13. Основу IGBT составляют биполярный и МОП транзисторы. Ток базы биполярного транзистора не выходит за пределы кристалла и зависит от сопротивления канала МОП транзистора, которое, в свою очередь, зависит от значения напряжения на затворе.

IGBT сочетает достоинства биполярного и полевого транзисторов. К недостаткам IGBT можно отнести его достаточно высокую стоимость. IGBT является одним из основных компонентов современной силовой электроники, где используется в качестве электронного ключа. На одном кристалле могут собираться несколько IGBT. Такие структуры называются силовыми модулями (power module) и применяются в силовых управляемых выпрямителях и силовых преобразователях – инверторах (chopper).

2.4. Тиристоры

Тиристор (thyristor) – это полупроводниковый компонент электронной техники, выполненный на основе трех p-n переходов и обладающий двумя устойчивыми состояниями: состоянием низкой проводимости (тиристор закрыт) и состоянием высокой проводимости (тиристор открыт). Тиристор, как правило, имеет три электрода: анод, катод и управляющий электрод.

Бывают однооперационные и двухоперационные тиристоры.

Условные обозначения тиристоров приведены на рис. 2.14.

                                             Однооперационный      Двухоперационный

АнодАнод

Управл.Управл.

электродэлектрод

КатодКатод

Рис. 2.14. Условные графические обозначения тиристоров

Однооперационным (GCT – Gate Commutated Thyristor – тиристор с коммутацией по цепи управления) называют тиристор, который можно только открыть по цепи управления. Для его закрытия требуется снизить значение анодного тока I_а практически до нуля.

Двухоперационным (GTO – Gate Turn-Off thyristor – запираемый тиристор) называют тиристор, который можно как открыть, так и закрыть по цепи управления. GTO тиристоры получают все большее распространение, вытесняя GCT.

Рассмотрим принцип работы тиристора на основе однооперационного тиристора, управляемого по катоду. Его внутренняя структура приведена на рис. 2.15.

Рис. 2.15. Принцип работы тиристора

Тиристор, как правило, подключают к источнику питания E_пит последовательно с сопротивлением нагрузки R_н. В цепь управления подают ток от управляющего источника напряжения E_упр (управляющей схемы) через токоограничивающий резистор R_упр.

Вначале рассмотрим случай, когда ток в цепи управления тиристора отсутствует.

В случае подачи на анод тиристора отрицательного напряжения, а на катод положительного, p-n переходы № 1 и № 3 будут смещены в обратном направлении, а переход № 2 – в прямом. При этом ток через тиристор протекать не будет. Такой способ подключения называют обратным.

В случае подачи на анод тиристора положительного напряжения, а на катод отрицательного (как показано на рис. 2.15), p-n переходы № 1 и № 3 будут смещены в прямом направлении, а  переход № 2 – в обратном. При этом структуры p₁–n₁–p₂ и n₁–p₂–n₂ можно рассматривать как биполярные транзисторы, в которых действует эффект переноса основных носителей заряда из эмиттера в коллектор. При некотором критическом значении напряжения питания, равном напряжению отпирания тиристора

U_отп, в результате переноса возрастают концентрации электронов в n₁-слое и дырок в p₂ -слое (показано длинными стрелками на рис. 2.15). Это приводит к уменьшению ширины p-n перехода № 2, снижению его потенциального барьера, что, в свою очередь, способствует еще большему возрастанию концентраций электронов в n₁-слое и дырок в p₂ -слое. Говорят, что в тиристоре действует внутренняя положительная обратная связь. Этот процесс протекает лавинообразно, т. е. очень быстро. В результате p-n переход № 2 открывается, через него начинает протекать ток, направленный встречно к основному току через тиристор – анодному току I_а . Ток I_а резко возрастает сразу же после отпирания p-n перехода № 2.

Стабилитрон

Стабилитрон — это диод с рп-переходом, который характеризуется точ­но определенной величиной напряжения пробоя. В отличие от обычного диода стабилитрон работает в области обратной вольтамперной характе­ристики (рис. 27.1). В прямом направлении стабилитрон ведет себя как обычный диод. При обратном смещении перехода ток через стабилитрон практически отсутствует, пока величина обратного напряжения остается меньше величины напряжения туннельного пробоя V_Z, обычно называе­мого напряжением стабилизации. Как только обратное напряжение до­стигает величины напряжения туннельного пробоя, стабилитрон начина­ет проводить ток. В области пробоя падение напряжения на стабилитроне практически не изменяется при очень больших изменениях тока. Стаби­литрон является полупроводниковым эквивалентом хорошо известного газотрона. Стабилитроны применяются для параллельной стабилизации и в качестве источников опорного напряжения (см. гл. 29).

 

Рис. 27.1. Прямая и обратная вольтамперные характеристики стабилитрона.

 

 Переключательный диод

Переключательный диод, или динистор, состоит из четырех чередующих из слоев полупроводниковых материалов, как показано на рис. 27.2. Когда такой диод смещен в прямом направлении, через него течет очень малый ток, пока не достигается область пробоя (рис. 27.3). При напря­жениях, меньших напряжения пробоя, динистор можно рассматривать, как ключ в положении ВЫКЛЮЧЕНО, а при напряжениях, больших на­пряжения пробоя, — как ключ в положении ВКЛЮЧЕНО.

 

                                   

 

Рис. 27.2. Переключательный диод,

Рис.

27.3. Вольтамперная характе­ристика переключательного диода.

Однооперационный триодный тиристор (SCR)

Управляемый выпрямитель, или однооперационный триодный тири­стор, — еще один прибор с четырехслойной рпрп-структурой. В отличие от переключательного диода тиристор имеет третий вывод, называемый управляющим электродом (рис. 27.4). Величину критического напряже­ния пробоя можно теперь варьировать, изменяя потенциал управляю­щего электрода. На рис. 27.5 показаны вольтамперные характеристи­ки тиристора для двух различных значений тока в цепи управляющего электрода. При нулевом токе (когда потенциал управляющего электрода равен нулю) напряжение включения тиристора равно V₁. Если теперь на управляющий электрод подать положительный по отношению к ка­тоду потенциал, вызывающий протекание тока I_g1 в цепи управляющего электрода, то включение будет происходить при меньшем напряжении

V₂. После перевода тиристора в проводящее состояние потенциал управляю­щего электрода не оказывает уже никакого влияния на ток тиристора. Тиристор можно выключить только путем уменьшения потенциала анода ниже уровня потенциала катода.

 

Рис. 27.4. Однооперационный триодный тиристор: условное обозначение

 и внешний вид прибора.

 

Рис. 27.5. Вольтамперные характеристики тиристора.

Триодные тиристоры находят широкое применение, поскольку они обладают высоким быстродействием и переключаются при подаче очень малого тока (т. е. очень малой мощности) в цепь управляющего электрода, коммутируя при этом токи порядка нескольких ампер.

Они очень часто используются для выпрямления тока и управления мощностью. Тиристор включается только во время положительного (или отрицательного) полупериодов синусоидального тока, вырабатывая пульсирующий ток одного направления. Управление мощностью осуществляется путем переключения тиристора в проводящее состояние на больший или меньший промежуток времени (см. гл. 29).

На рис. 27.6 показан тиристор, переключаемый последовательностью импульсов. Тиристор включается положительным фронтом каждого пульса и остается в проводящем состоянии, пока входное напряжение не упадет до нуля. Форма результирующего выходного напряжения повто­ряет часть положительного полупериода входного сигнала.

 

Рис. 27.6. Импульсное управление триодным тиристором (SCR).

На рис. 27.7 приведена схема переключения тиристора с помощью пе­ременного резистора

R₁, управляющего моментом переключения. Пере­ключение осуществляется самим входным сигналом. При установке ми­нимального значения сопротивления резистора R₁ переключение проис­ходит в самом начале полупериода входного напряжения, как показано на рис. 27.7(а). По мере увеличения сопротивления переключение про­исходит все позже и позже, поскольку амплитуда сигнала, подаваемо­го на управляющий электрод, становится меньше. При максимальном сопротивлении резистора R₁ тиристор переключается непосредственно перед моментом достижения входным напряжением пикового значения (рис.27.7(б)). Заметим, что в рассматриваемой схеме тиристор можно переключить в проводящее состояние только в первой половине положительного полупериода, то есть до момента появления пикового напряжения на управляющем электроде. Если максимум пройден, переключение тиристора станет невозможным и выходное напряжение будет равно нулю.

 

Рис. 27.7. Тиристорный выпрямитель.

Для переключения тиристора во второй половине положительного по­лупериода, т. е. после прохождения положительного максимума, исполь­зуется фазосдвигающая цепь. В схеме на рис. 27.8 эту функцию выпол­няют конденсатор С и резистор R₁. Напряжение, подаваемое на упра­вляющий электрод, имеет временную задержку (сдвигается по фазе от­носительно входного напряжения), как показано на рис. 27.8(б). Как уже говорилось, тиристор может переключиться только до момента прихода положительного максимума сигнала на управляющий электрод. Но в результате фазового сдвига к тому моменту времени, когда этот положи­тельный максимум попадет на управляющий электрод, положительный максимум входного напряжения будет уже пройден. Таким образом, с помощью фазосдвигающей цепи тиристор можно переключить в проводя­щее состояние и во второй половине положительного полупериода вход­ного напряжения (рис. 27.8(в)).

 

Рис. 27.8. Тиристорный выпрямитель с фазосдвигающей цепью R₁C 

Варикап

Обнаружено, что диод с обратносмещенным рп-переходом имеет неболь­шую емкость, которая изменяется при изменении обратного напряжения, прикладываемого к переходу. Этот факт используется в технологии ин­тегральных схем для формирования конденсаторов внутри кремниевой пластины.

Обратносмещенные диоды, применяемые как конденсаторы перемен­ной емкости, называются варикапами или варакторами (рис. 27.9). По­мимо многих других применений варикапы используются в системах ав­томатической подстройки частоты и в программируемых измерительных Приборах. Хорошо известный метод электронной настройки также связан с применением варикапов в качестве подстроенных конденсаторов.

По сравнению с обычными конденсаторами переменной емкости вари­капы имеют меньшие размеры, большую чувствительность и очень высокую стабильность и надежность.

Рис. 27.9. Варикап.

                                                 Рис. 27.10. Однопереходный транзистор р-типа. (а) Условное обозна­чение. (б) Вольтамперная характе­ристика.

Однопереходный транзистор

Однопереходный транзистор — это прибор с отрицательным сопротивле­нием (в определенных условиях уменьшение напряжения сопровожда­ется увеличением тока). На рис. 27.10 показаны условное обозначение и вольт-амперная характеристика однопереходного транзистора р-типа. Как только напряжение на эмиттере достигнет величины, достаточной для прямого смещения рта-перехода между эмиттером и базой b₁, от эмит­тера начинает течь ток. При этом падение напряжения на переходе па­дает до малой величины (приблизительно 0,6 В). Такие однопереходные транзисторы часто используются в качестве генераторов (см. схему на рис. 33.8) и для целей коммутации.

Симметричный диодный тиристор

Симметричный диодный тиристор — это еще один переключательный прибор с двумя выводами T₁ и T₂, как показано на рис. 27.11. При увеличении разности потенциалов между этими выводами независимо от полярности происходит пробой — включение. Симметричный диодный тиристор может проводить в обоих направлениях, и поэтому его также на­зывают двунаправленным диодом. Когда происходит включение, напря­жениена этом приборе падает до нескольких вольт. Напряжение вклю­чения находится в диапазоне   30-50 В. Симметричные диодные тиристоры используются как переключающие элементы, например для управления однооперационными триодными тиристорами.

Рис. 27.11. Симметричный диодный тиристор.

(а) Условное обозначение. (б) Внешний вид.

Рис. 27.12. Симметричный триодный тиристор.

(а) Условное обозна­чение. (б) Внешний вид.

Симметричный триодный тиристор

Симметричный триодный тиристор, или симистор, (рис. 27.12) — еще один двунаправленный диод с дополнительным выводом управляющего элек­трода. Пробой происходит, когда напряжение между выводами T₁ и T₂ (любой полярности) достигает определенного уровня.

Симистор можно переключить в проводящее состояние путем подачи на управляющий электрод сигнала, который может быть или положи­тельным, или отрицательным по отношению к выводам T₁или T₂. Симисторы также используются как переключающие элементы, например, для управления однооперационными триодными тиристорами.

Интегральные схемы

Прогресс технологии привел к улучшению надежности электронных устройств, а также к снижению их стоимости и размеров. Микроэлек­тронные схемы представляют собой миниатюрный ансамбль большого чи­сла электронных компонентов, как пассивных, так и активных.

Существует два типа микросхем: пленочные схемы и монолитные ин­тегральные схемы. Пленочные микросхемы подразделяются в свою оче­редь на тонкопленочные и толстопленочные схемы. Оба типа пленочных схем изготавливаются путем нанесения пленок специальной резистивной пасты на изолирующую подложку. Они применяются главным образом как резисторные схемы, но могут использоваться также для формирова­ния малогабаритных конденсаторов и катушек индуктивности.

Монолитные интегральные схемы, обычно называемые просто инте­гральными схемами (ИС), формируются в диске из кремния р-типа, или чипе. Кремниевый чип представляет собой очень тонкую пластину (толщиной 0.02 см) с площадью поверхности, эквивалентной площади поперечного сечения очень тонкого карандаша (приблизительно 26 мм²). Чип выполняет функцию подложки, в которой формируются различные электронные компоненты с помощью процесса, называемого диффузией. Интегральные схемы могут содержать большое число активных элементов: транзисторов, диодов и т. п., а также резисторов и конденсаторов. Тех­нология ИС большой степени интеграции (больших ИС, или БИС) по­зволяет создать на одном чипе целую электронную систему, например дешифратор или микропроцессор.

Хотя интегральные схемы являются твердотельными, т. е. механиче­ски прочными приборами, но как электронные схемы это весьма «дели­катные» устройства, требующие аккуратного обращения. Ниже перечи­слены меры предосторожности, которые нужно соблюдать при замене ИС.

1. ИС следует держать за корпус, избегая прикасания к выводам. В про­тивном случае на выводах могут появиться грязь и жир, что приводит к ухудшению электрического контакта.

2. При пайке ИС исключительное внимание должно уделяться отводу тепла, чтобы избежать перегрева микросхемы. Перегрев приводит к быстрому разрушению большинства ИС.

3. Напряжение питания должно соответствовать паспортному значению для данной микросхемы. Для питания большинства ИС нужен источ­ник питания с высокой степенью стабильности выходного напряже­ния. Это особенно важно для цифровых применений.

4. Мощность рассеяния для большинства ИС, исключая интегральные усилители мощности, очень мала. Поэтому необходимо исключить любые перегрузки, так как они могут вызвать превышение паспортной мощности рассеяния, перегрев и повреждение ИС.

5. При проведении измерений необходимо соблюдать меры предосторож­ности, чтобы не вызвать короткого замыкания соседних выводов ми­кросхемы. Следует использовать измерительные зонды специальной формы.

6. Если ИС МОП-типа не используется, все ее выводы должны бытьзакорочены между собой. Это следует делать независимо от того, лежит ли ИС на полке или упаковывается для транспортировки.

В этом видео рассказывается о стабилитронах:

Добавить комментарий

Особенности работы силового тиристора

Силовой тиристор представляет собой силовой электронный ключ, который управляется не полностью. В научной литературе встречается такое понятие, как однооперационный тиристор. Особенность данного прибора заключается в том, что под действием определенного сигнала он переходит в одно состояние – «открытое». Это состояние высокой проводимости электрического тока. Включить устройство можно только при создании определенных условий. Перейдя в открытое состояние, мощный тиристор включает всю цепь.

 

Особенность работы специального ключа заключается в том, что он способен проводить ток только в прямом направлении. Это обусловлено многослойной структурой. Тиристор Т133 имеет три вывода:

• анод;
• катод;
• управляющий электрод.

В интернет-магазине https://komsigal.ru можно купить силовой тиристор, представленный целым семейством вольт-амперных характеристик. Они определяют состояние элемента, сферу его использования. Например, тиристор Т112 преобразовывает и регулирует переменный и постоянный ток до 16А, Т122 10 – до 25А, ТБ143- до 1752А, Т233 – до 590А.

 

Преимущества покупки силовых тиристоров в интернет-магазине

Интернет-магазин радиодеталей Komsigal – это крупнейший поставщик силовых полупроводников высокого качества. Для удобства покупателей и экономии времени весь ассортимент товара представлен в одном электронном каталоге с подробным описанием каждой торговой позиции. К заказу по выгодным оптовым и розничным ценам представлены приборы российского и импортного производства. Если вы хотите купить Т142 80, силовые ключи Т243, Т253, Д173, ТБИ133 или других серий, оформить заказ можно наиболее удобным способом:

• на сайте;
• по телефону;
• по электронной почте.

Более подробную информацию о тиристорах https://komsigal.ru/catalog/tiristory_/ можно получить у менеджеров. Они отлично ориентируются в ассортименте, поэтому могут подобрать подходящий прибор под конкретные цели и задачи. Воспользоваться предложением от магазина полупроводников в Москве могут оптовые и розничные покупатели из любого региона России. Доставка производится в оптимальные сроки посредством транспортных компаний и курьерских служб. Возможна поставка продукции по специальным техническим условиям заказчика. Приборы, представленные к покупке, отвечают общим техническим условиям.

 
Предыдущая статья
Следущая статья

Вернуться

способ управления тиристорным выпрямителем и устройство для управления тиристорным выпрямителем — патент РФ 2107381

Использование: изобретение относится к электротехнике. Сущность изобретения: для регулирования тока в индуктивной нагрузке ток управляющего электрода, используемый, чтобы возбуждать тиристоры в выпрямителе, регулируется, чтобы достигать нулевого значения в точно одинаковое время в пределах данной полуволны, когда ток в индуктивной нагрузке, которая принимает напряжение от выпрямителя, поддерживает напряжение управляющего электрода тиристора включенным, пока находится в состоянии включения ток тиристора. Сигнал прерывистого тока тиристорного преобразователя детектируется и используется, чтобы генерировать сигнал разрешения в сочетании с направлением управляющего электрода тиристора. Сигнал разрешения в синхронизме с линейным напряжением источника питания обеспечивает пару сигналов канализирования, которые затем в зависимости от того, является ли ток возбуждения положительным или отрицательным, активизирует напряжения управляющих электродов тиристоров так, что напряжения управляющих электродов прекращаются точно в это время, в пределах данной полуволны, где ток возбуждения генератора становится прерывистым. 2 с.п.ф-лы, 7 ил. Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7

Формула изобретения

1. Способ включения тиристоров в тиристорном выпрямителе, заключающийся в том, что на каждом полупериоде сетевого напряжения формируют сигналы фазового управления при заданном угле сетевого напряжения, измеряют ток на выходе выпрямителя и на интервале равенства его нулю формируют сигнал нарушения непрерывности, отличающийся тем, что формируют две последовательности синхронизирующих сигналов, первая из которых совпадает по фазе и длительности с положительной полуволной сетевого напряжения, а вторая — с отрицательной полуволной сетевого напряжения, формируют сигнал проводимости во временные промежутки, соответствующие отсутствию сигнала нарушения непрерывности, распределяют сигнал проводимости на две последовательности импульсов таким образом, что часть сигнала проводимости, относящаяся к временному промежутку между началами двух соседних импульсов сигнала фазового управления, принадлежит первой последовательности сигналов проводимости, если начало первого из упомянутых сигналов совпадает с моментом прохождения первой последовательности синхронизирующего сигнала, и принадлежит второй последовательности сигналов проводимости, если начало первого из упомянутых импульсов совпадает с моментом прохождения второй последовательности синхронизирующего сигнала, формируют сигнал направления выпрямленного тока, сформированные последовательности сигналов проводимости подают на управляющие электроды соответствующих тиристоров направления, определенного сигналом направления выпрямленного тока, при изменении сигнала направления выпрямленного тока подают импульсы включения на управляющие электроды тиристоров противоположного направления только после окончания текущего сигнала проводимости. 2. Устройство для включения тиристоров в тиристорном выпрямителе, содержащее формирователь сигнала фазового управления, формирователь сигнала нарушения непрерывности тока на выходе тиристорного выпрямителя и формирователь сигнала направления тока на выходе тиристорного выпрямителя, отличающееся тем, что введены блок синхронизации, первый и второй D-триггеры, схема разделения каналов и схема формирования импульсов включения тиристоров тиристорного выпрямителя, при этом информационный вход первого D-триггера соединен с выходом формирователя сигнала нарушения непрерывности тока на выходе тиристорного выпрямителя, информационный вход второго D-триггера соединен с выходом формирователя сигнала фазового управления, инверсный выход первого D-триггера соединен с первым входом схемы разделения каналов, выход второго D-триггера соединен со вторым входом схемы разделения каналов, вход синхронизации которой соединен с выходом блока синхронизации, вход сброса первого D-триггера соединен с выходом второго D-триггера, первый и второй выходы схемы разделения каналов и выход формирователя сигнала направления тока на выходе тиристорного выпрямителя соединены с соответствующими входами схемы формирования импульсов включения тиристорного выпрямителя, при этом на инверсном выходе первого D-триггера формируется сигнал разрешения включения тиристоров, на первом и втором выходах схемы разделения каналов формируются импульсы включения тиристоров тиристорного выпрямителя для положительной полуволны напряжения сети и для отрицательной полуволны напряжения сети соответственно, четыре выхода схемы формирования импульсов включения тиристоров выпрямителя являются выходными выводами и предназначены для подключения к входам управления соответствующих тиристоров тиристорного выпрямителя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к регулированию выходного тока тиристорного выпрямителя, работающего на индуктивную нагрузку, с возможностью возникновения режима прерывистого тока. Частота вращения электропривода постоянного тока системы типа генератор-двигатель регулируется током возбуждения генератора. Поэтому эффективность регулирования частоты вращения зависит от качества регулирования тока возбуждения. Для достижения низкой частоты вращения ток возбуждения генератора должен регулироваться на очень низком уровне, между тем как во время замедления или реверсирования соответственно ток возбуждения должен пересекать нулевое значение и изменять свой знак. Изобретение может быть использовано для управления управляемым выпрямителем, в котором используются тиристоры, представляющие эффективный в смысле затрат тип регулирующего устройства для регулирования тока возбуждения. Известен способ включения тиристоров в тиристорном выпрямителе, заключающийся в том, что на каждом полупериоде сетевого напряжения формируют сигналы фазового управления при заданном угле сетевого напряжения, измеряют ток на выходе выпрямителя и на интервале равенства его нулю формируют сигнал нарушения непрерывности. Недостатками известного способа являются колебания выходного тока тиристорного выпрямителя, тепловые потери из-за наличия обратного напряжения при прохождении обратного тока, наличие переходных процессов и вибрацию в электроприводе, обмотка возбуждения двигателя которого питается от тиристорного выпрямителя. Целью изобретения является устранение указанных недостатков,
Для этого при осуществлении способа формируют две последовательности синхронизирующих сигналов, первая из которых совпадает по фазе и длительности с положительной полуволной сетевого напряжения, а вторая — с отрицательной полуволной сетевого напряжения, формируют сигнал проводимости во временные промежутки, соответствующие отсутствию сигнала нарушения непрерывности, распределяют сигнал проводимости на две последовательности импульсов таким образом, что часть сигнала проводимости, относящаяся к временному промежутку между началами двух соседних импульсов сигнала фазового управления, принадлежит первой последовательности сигнала проводимости, если начало первого из упомянутых сигналов совпадает с моментом прохождения первой последовательности синхронизирующего сигнала, и принадлежит второй последовательности сигналов проводимости, если начало первого из упомянутых импульсов совпадает с моментом прохождения второй последовательности синхронизирующего сигнала, формируют сигналы направления выпрямленного тока, сформированные последовательности сигналов проводимости подают на управляющие электроды соответствующих тиристоров направления, определенного сигналом направления выпрямленного тока, при изменении сигнала направления выпрямленного тока подают импульсы включения на управляющие электроды тиристоров противоположного направления только после окончания текущего сигнала проводимости. Известно устройство для включения тиристоров в тиристорном выпрямителе, содержащее формирователь сигнала фазового управления, формирователь сигнала нарушения непрерывности тока на выходе тиристорного выпрямителя и формирователь сигнала напряжения тока на выходе тиристорного выпрямителя. Для реализации предложенного способа в известное устройство введены блок синхронизации, первый и второй D-триггеры, схема разделения каналов и схема формирования импульсов включения тиристоров тиристорного выпрямителя, при этом информационный вход первого D-триггера соединен с выходом формирователя сигнала нарушения непрерывности тока на выходе тиристорного выпрямителя, информационных вход второго D-триггера соединен с выходом формирователя сигнала фазового управления, инверсный выход первого D-триггера соединен с первым входом схемы разделения каналов, выход второго D-триггера соединен с вторым входом схемы разделения каналов, вход синхронизации которой соединен с выходом блока синхронизации, вход сброса первого D-триггера соединен с выходом второго D-триггера, первый и второй выходы схемы разделения каналов и выход формирователя сигнала направления тока на выходе тиристорного выпрямителя соединены с соответствующими входами схемы формирования импульсов включения тиристорного выпрямителя, при этом на инверсном выходе первого D-триггера формируется сигнал разрешения включения тиристоров на первом и втором выходах схемы разделения каналов формируются импульсы включения тиристоров тиристорного выпрямителя для положительной полуволны напряжения сети и для отрицательной полуволны напряжения сети соответственно, четыре выхода схемы формирования импульсов включения тиристоров выпрямителя являются выходными выводами и предназначены для подключения к входам управления соответствующих тиристоров тиристорного выпрямителя. На фиг. 1 приведена структурная схема электропривода постоянного тока системы типа генератор/двигатель, в которой используется тиристорный выпрямитель, чтобы возбуждать обмотку возбуждения генератора; на фиг. 2 — временная диаграмма входных и выходных сигналов в известном устройстве; на фиг. 3 — временная диаграмма удерживающего тока и тока фиксации тиристора, определяемых длительностью импульса незапирающего тока управляющего электрода тиристора и определяющего ток возбуждения генератора; на фиг. 4 — структурная схема предложенного устройства; на фиг. 5 — графическое изображение синхронизирующих сигналов, используемых в устройстве, согласно изобретению, чтобы вынуждать ток управляющего электрода тиристора выключаться, когда ток возбуждения генератора достигает нулевого значения; на фиг. 6 — принципиальную схему устройства контроля /монитора/ состояния выключения, используемого в изобретении; на фиг. 7 детализированная принципиальная схема частей структурной схемы, показанной на фиг. 4. Предпочтительный вариант осуществления изобретения. Решение проблемы описывается примером регулирования тока возбуждения генератора электропривода постоянного тока системы типа генератор-двигатель в подъемном механизме, но может применяться в каждом случае, где прерывистый постоянный ток через индуктивную нагрузку регулируется тиристорным выпрямителем. На фиг. 1 показана типичная схема на тиристорах, двусторонний преобразователь мощности в преобразователе мощности возбуждения генератора в типичной каскадной схеме управления электроприводом. Устройство управления скоростью 2 сравнивает фактическую скорость с заданной скоростью и устанавливает соответствующую команду крутящего момента Т, которая представляет контрольный входной сигнал для схемы регулирования тока якоря 3. Формирователь 4 сигнала фазового управления вычисляет угол зажигания А, который возбуждает тиристорный выпрямитель 5, чтобы устанавливать выходное напряжение (V_g/f) обмотки возбуждения 7 генератора 8 агрегата генератор-двигатель 9, таким образом обеспечивая ток через обмотку возбуждения генератора 7. Тиристорный выпрямитель 5 соединяется с вторичной обмоткой 10 силового трансформатора, частью типового источника синусоидального напряжения (не показана) для приема сигнала величины мощности. Электродвигатель постоянного тока 11 для подъемного механизма будет приводится в действие напряжением якоря генератора, чтобы образовывать крутящий момент, пропорциональный току якоря I_a, в силу этого, приводить в состояние движения противовес 12 и вагонетку 13 благодаря вращению шкива 14. Фактическая скорость передается по каналу обратной связи, чтобы суммироваться с заданной скоростью посредством тахометра 15. Сигнал синхронизации в цифровой форме генерируется элементом 16, совпадающим по фазе с линейным напряжением, через вторичную обмотку 10 силового трансформатора. Тиристорный выпрямитель 5 представляет двусторонний преобразователь мощности, состоящий из двух соединенных центральным ответвлением тиристоров Т₁, Т₃ и Т₂, Т₄ в встречно-параллельном соединении. Тиристоры Т₃ и Т₄ возбуждаются, чтобы получать ток возбуждения генератора в положительном направлении, вызывающем крутящий момент электродвигателя для подъемника, идущего в верхнем направлении, между тем как Т₁ и Т₂ возбуждаются, чтобы получать ток в другом направлении, вызывающий момент электродвигателя, между тем как подъемник проходит в направлении вниз. Тиристорами для положительной полуволны линейного напряжения являются Т₂, Т₃, а тиристорами для отрицательной полуволны являются Т₁, Т₄. Тиристоры операционно соединяются с формирователем 4, который регулирует режимное состояние каждого тиристора. Тиристоры возбуждаются попарно в состояние проводимости в различные моменты времени в течение цикла энергии переменного тока от источника и получается результирующее выходное постоянное напряжение. Заданный ток может получаться возбуждением тиристоров при фиксированном угле зажигания. Тиристоры возбуждаются в момент времени, соответствующий углу зажигания. Ток зажигания имеет форму как короткого импульса, так и длительного в виде меандра, оканчивающегося у следующего нулевого пересечения переменного напряжения или даже продолжающегося вплоть до того момента, когда будет возбуждаться следующий тиристор в следующей полуволне. Если бы нагрузка являлась резистивной, ток возбуждения генератора (I_gf) мог бы становиться нулевым после конца полуволны напряжения сети сильного тока и оставаться при нулевом значении вплоть до возбуждения следующего тиристора в следующей полуволне. Однако при индуктивной нагрузке эта нагрузка вынуждает ток I_gf продолжать прохождение через тот же самый тиристор и обмотку трансформатора даже в следующей полуволне, где ток тогда проходит в направлении, противоположном напряжению сети сильного тока до тех пор, пока не будет возбуждаться соответствующий тиристор в этой полуволне. В случае углов зажигания в диапазоне от 90 до 180 градусов в электрической цепи ток возбуждения генератора становится прерывистым, если его среднее значение является ниже определенного предела. Нарушение непрерывности означает, что ток возбуждения является нулевым в пределах определенного периода времени в течение каждой полуволны переменного напряжения сети сильного тока. Нарушение непрерывности вызывается взаимодействием двух эффектов. Первый представляет пульсацию тока возбуждения, которая зависит от формы напряжения возбуждения и величин индуктивности и активного сопротивления поля. Второй представляет особенное поведение тиристоров, чтобы выключать токи ниже удерживающего тока или тока фиксации. Во время эксплуатации тиристорного выпрямителя с индуктивной нагрузкой при прерывистом токе обычный способ возбуждения /зажигания/, который объяснялся выше, мог бы являться невыгодным по следующим двум причинам. Первая, имеются две границы рабочего режима токов состояния прямого включения тиристоров — «Ток фиксации» и «Удерживающий ток», которые определяют параметры тиристора при прерывистом токе. Их значения варьируются между примерно 50 и 800 мА, в зависимости от типа и нескольких параметров тиристора, таких как температура перехода. Однооперационный триодный тиристор требует определенного минимального анодного тока, чтобы поддерживать таковой в запертом (или проводящем) состоянии. Если в тот момент времени, когда ток управляющего электрода является нулевым, анодный ток падает ниже этого минимального уровня, обозначенного как удерживающий ток, этот однооперационный триодный тиристор возвращается к закрытому состоянию тиристора при прямом напряжении, или открытому состоянию. Удерживающий ток имеет отрицательный температурный коэффициент, другими словами, когда температура перехода однооперационного триодного тиристора падает, требование его удерживающего тока увеличивается. До некоторой степени более высокое значение анодного тока, чем удерживающего тока, требуется для однооперационного триодного тиристора, чтобы первоначально обеспечивать минимальную величину срабатывания. Если это более высокое значение анодного тока фиксации не достигается, однооперационный триодный тиристор будет возвращаться к состоянию блокировки как только будет удаляться стробирующий сигнал. Однако после этого первоначального действия обеспечения минимальной величины срабатывания анодный ток может уменьшаться до уровня удерживающего тока. Для однооперационного триодного тиристора, чтобы запускаться, анодному току должно позволяться нарастать достаточно быстро так, чтоб ток фиксации достигался перед окончанием запускающего импульса /отпирающего импульса/. Для высокоиндуктивных анодных цепей должна использоваться поддерживаемая в фиксированном рабочем состоянии пусковая схема, которая гарантирует управление вентилем вплоть до того момента времени, когда становится достигнутым ток фиксации. На фиг. 2а показано линейное входное напряжение. на фиг. 2b — ток управляющего электрода тиристора F; на фиг. 2с — ток фиксации, удерживающий ток и получающийся в результате ток возбуждения генератора. При большом угле зажигания, ток возбуждения генератора становится прерывистым. Приращения в угле приводят к приращениям во времени нарушения непрерывности. Если ток тиристора не достигает величины функционального значения «тока фиксации» перед тем моментом времени, когда прекращается ток управляющего электрода тиристора, тиристор выключается при прекращении тока управляющего электрода тиристора. Если ток тиристора падает ниже «удерживающего тока» после того, как окончился ток управляющего электрода тиристора, тиристор немедленно выключается. Прямой ток состояния включения тиристоров в проводящем направлении является равным току возбуждения. Таким образом, если ток возбуждения остается на уровне или падает ниже одного из этих пределов, то он выключается тиристором. Когда этот эффект может изменяться от одного периода к другому благодаря упомянутым выше параметрам, не может достигаться никакого стабильного состояния. В системе управления по замкнутому циклу этот эффект, когда соединяется с эффектами постоянных времени цикла управления, дает в результате колебания тока возбуждения генератора, и поэтому также движение привода. На фиг. 3а показано линейное входное напряжение, на фиг. 3в — форма волны напряжения управляющего электрода тиристора, на фиг. 3с и 3 d показано влияния на ток возбуждения генератора, где период строб-импульса является слишком коротким. На фиг. 3 с ток возбуждения генератора начинает увеличиваться при подаче напряжения управляющего электрода тиристора и будет поддерживаться, если ток будет достигать значения тока фиксации (I_L), прежде чем будет сниматься напряжение управляющего тиристора. Однако, если ток фиксации не будет достигаться перед снятием напряжения управляющего электрода тиристора, ток возбуждения генератора начинает спадать обратно к нулевому значению /фиг. 3с/. На фиг. 3с показан ток возбуждения генератора, выключающийся внезапно, когда ток возбуждения генератора падает ниже значения удерживающего тока (I_H). Вторая причина, согласно которой упомянутый выше способ возбуждения мог бы являться невыгодным, состоит в том, что, если ток управляющего электрода тиристора будет проходить даже после того, когда ток тиристора уже стал нулевым и тиристор приводится в напряженное состояние обратным напряжением состояния выключения, буде проходить значительный ток тиристора обратного направления, вызывающий тепловые потери. Более того, если тиристор возбуждается достаточно поздно в полуволне, средний обратный ток будет больше, чем прямой ток, давая в результате средний отрицательный ток возбуждения генератора. Этот эффект особенно вызывает трудности, когда ток возбуждения реверсируется переключением управления к второй части выпрямителя, причем представляющий часть двустороннего преобразователя, который соединяется с противоположной полярностью. В этом случае ток возбуждения мог бы увеличиваться в предшествующем направлении снова до среднего значения, определяемого обратным током тиристоров этой второй части выпрямителя. Это дает в результате переходное состояние крутящего момента и служит причиной вибраций в приводе. На фиг 3e и 3f показан ток возбуждения генератора, когда стробирующий сигнал продолжает проходит далеко в отрицательную полуволну, после того как положительный ток тиристора давно закончился. Результатом является ток возбуждения генератора с обратным знаком. На фиг. 4 изображена схема генерирования тока возбуждения тиристоров тиристорного выпрямителя, которая содержит формирователь 4 сигнала фазового управления, формирователь 22 сигнала нарушения непрерывности тока на выходе тиристорного выпрямителя 5, блок 16 синхронизации, логическую схему 19, схему разделения каналов 20 и схема 21 формирования импульсов включения тиристорного выпрямителя. На фиг. 5 показаны синхронизирующие сигналы, используемые и обеспечиваемые каждым из этих блоков. В качестве входных сигналов к этому процессу формирователь 4 передает сигнал направления тока D и команду возбуждения тиристора F, формирователь 22 подает сигнал состояния выключения 0, а блок синхронизации 16 подает сигнал синхронизации S, волна в виде меандра которого имеет низкий логический уровень в отрицательной полуволне и имеет высокий логический уровень в положительной полуволне. Состояние сигнала синхронизации S изменяется при пересечениях нуля напряжения сети сильного тока. В качестве выходных сигналов процесса, имеются четыре сигнала возбуждения G₁, G₂,G₃,G₄ для возбуждения четырех тиристоров, показанных на фиг. 1. В соответствии с углами зажигания, в периоды времени f₁-f₆ работы регулятора 7 ток I_gf протекает в обмотке возбуждения генератора. Этот ток становится временно прерывистым в периоды времени от Х3 до Х6. Формирователь 22 детектирует нарушение непрерывности в токе I_gf возбуждения генератора и подает соответствующий сигнал 0 состояния выключения (фиг. 5). Шунтирующий резистор 23 (фиг. 6) принимает ток, обеспечиваемый тиристорным выпрямителем 6. Напряжение на шунтирующем резисторе измеряется формирователем 22, давая ток возбуждения генератора. Выходной сигнал 0, характеризующий состояние выключения, находится на низком логическом уровне, если ток возбуждения является проходящим, между тем как он находится на высоком логическом уровне в то время, когда ток является нулевым. Этот сигнал посылается логической схеме 19, которая имеет задачу формирования тока возбуждения тиристора. Отношение уровней в состояниях включено-выключено (или рабочего цикла) тока I_SCR, измеряемого на шунтирующем резисторе 23, дает индикацию продолжительности по времени прерывистого тока. Формирователь 22 работает следующим образом. Ток тиристорного выпрямителя измеряется шунтирующим резистором 23 (фиг. 6), а состояние выключения тока I_SCR детектируется четырьмя компараторами 24, которые изменяют состояния их выходных сигналов в зависимости от напряжения на шунтирующем резисторе. Два логических сигнала V₁ и V₂ передаются через оптопары 25 на входы схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 26. В то время, когда ток I_SCR является проходящим, V₁ и V₂ являются одинаковыми. Когда ток I_SCR не протекает, при нарушении непрерывности тока I_SCR, V₂ не являются одинаковыми. В этом случае логические сигналы V₁ и V₂ обеспечивают в логической вентильной схеме ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 26 выходной сигнал, которой имеет форму широтно-импульсно модулированного сигнала. Выходной сигнал 0 логической вентильной схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ находится на высоком логическом уровне, если не имеет места прохождение тока I_SCR, и на низком логическом уровне, если ток I_SCR находится в состоянии прохождения. Логическая схема 19 реагирует на команду возбуждения F и сигнал состояния выключения О и обеспечивает разрешение команды возбуждения E (фиг. 5). Разрешение команды возбуждения определяет время, в которое току управляющего электрода тиристора любого тиристора разрешается проходить. Затем команда возбуждения F устанавливает разрешение команды возбуждения E независимо от сигнала состояния выключения 0, чтобы начинать возбуждение тиристоров. Если возбуждение тиристоров разрешалось только в то время, когда ток возбуждения генератора находится в состоянии прохождения, могло бы представляться совсем невозможным возбуждать тиристор при прерывистом токе. Таким образом, сигнал разрешения E должен устанавливаться, если даже сигнал О находится на высоком уровне, который всегда является причиной для прерывистого тока. Поэтому сигнал E вынужден переходить к высокому логическому уровню в период времени, в течение которого сигнал F является сильным/входной сигнал сброса сигнала D триггера 27, фиг. 7/ и таким образом блокирующим влияние формирователя 22. Сигнал F становится нулевым близко к концу каждой полуволны напряжения сети сильного тока, однако нарушение непрерывности тока может в самом раннем варианте появляться в начале следующем полуволны. Сигнал состояния выключения О отсекает разрешение команды возбуждения E как только ток в обмотке возбуждения генератора становится нулевым так, чтобы прекращать возбуждение тиристоров (фиг. 5). Подпроцесс разрешения команды возбуждения может выполняться при использовании двух D триггеров 27, 28 (фиг. 7). Выходной сигнал 0 формирователя 22 подается первому триггеру 27 и пропускается, когда вход синхронизации находится на высоком логическом уровне. Второй триггер 28 пропускает сигнал команды возбуждения, когда вход синхронизации находится на высоком логическом уровне. Комплементарный выход первого триггера представляет команду разрешения возбуждения E (фиг. 5 и 7). Остающиеся стадии этого процесса, согласно изобретению, являются необходимыми для того, чтобы определять какой из тиристоров должен возбуждаться. Схема разделения каналов 20 реагирует на разрешение команды возбуждения E, команду возбуждения F и сигнал синхронизации S, чтобы образовывать два сигнала канализирования команд возбуждения C1, C2 (фиг. 4, 5 и 7). Сигналы канализирования команд возбуждения определяют, какой из тиристоров должен возбуждаться при новом угле зажигания и положительной полуволне и какой из тиристоров должен возбуждаться в отрицательной полуволне, согласно напряжению сети сильного тока, фиг. 5. Схема 20 может быть выполнена в виде триггеров и логических вентилей И (фиг. 7). Третий D -триггер 29 является реагирующим на сигнал синхронизации S и выходной сигнал триггера 28. Нормальный и комплементарный выходные сигналы триггера 29 управляют парой вентилей И 30. Инвертор мог быть применен вместо канализирующего триггера, однако предпочтительный вариант осуществления этого изобретения использует триггер, который фактически синхронизирует сигналы канализирования с напряжением сети сильного тока и исключает задержки на распространение сигналов. Схема 21 реагирует на сигналы канализирования команд возбуждения C₁, C₂ и сигнал направления D, чтобы формировать четыре сигнала возбуждения G₁, G₂, G₃, G₄, по одному ля каждого из тиристоров T₁, T₂, T₃ и T₄, соответственно. Сигнал направления D находится на логическом высоком уровне для положительного тока возбуждения генератора и на низком логическом уровне для отрицательного тока возбуждения генератора. Ток генератора является в основном положительным для положительного направления подъемного механизма и, наоборот, однако, такой должен изменять направление в конце /генерирующей/ фазы замедления, вызывая отрицательное напряжение в якоре генератора и таким образом позволяя току якоря поддерживаться даже при низкой частоте вращения, когда напряжение в якоре электродвигателя уменьшается до нуля. Сигналы возбуждения (G₃, G₄) будут достигать тока возбуждения в положительном направлении, между тем как сигналы (G₁,G₂) будут достигать такового в отрицательном направлении. Тиристоры T₁ и T₂ не находятся в проводящем состоянии в любой момент времени, когда сигнал D является высокоуровневым, тиристоры T₃ и T₄ находятся в проводящем состоянии, кода сигнал D является низкоуровневым. Когда направление тока возбуждения генератора должно изменяться, сигнал направления будет переключаться из одного состояния в другое. Для того, чтобы избегать короткого замыкания в тиристорном выпрямителе, тиристор будет возбуждаться для нового направления тока после того, как ток в первом направлении становится нулевым, как показано сигналом состояния выключения О на высоком логическом уровне. На фиг. 5 показано, что любой тиристор будет возбуждаться до тех пор, пока ток протекает через него. В случае прерывистого тока, сигнал возбуждения для одного тиристора прекращается, когда ток возбуждения генератора становится нулевым. С другой стороны, в случае непрерывного тока сигнал возбуждения тиристора прекращается, когда должен возбуждаться следующий тиристор. Когда сигнал направления D изменяется (IZ₅, фиг. 5), между тем как один из тиристоров находится в состоянии включения (в этом случае, тиристор Т₄), ток управляющего электрода тиристора не должен переключаться к тиристору Е₁, который является соответствующим тиристорам для другого направления тока, тиристор Т₄ находится в состоянии включения, тиристор Т₄ не включается сам по себе, пока его удерживающий ток остается превышенным. В противном случае тиристоры Т₁ и Т₄ могли бы находиться в включенном состоянии одновременно и могли бы служить причиной короткого замыкания трансформатора 10. Таким образом, переключение тока управляющего электрода тиристора позволяется только во время состояния выключения всех тиристоров, что означает имевшее место детектирование нулевого тока возбуждения генератора формирователем 22. Тиристор Т₁ не возбуждается непосредственно после периода времени Z₅, несмотря на то, что сигнал D изменяется к нулевому значению. Следующим тиристором, который должен возбуждаться после периода времени Х5, является тиристор Т₂. Четвертый D-триггер 31 и четыре вентиля И 32 используются для этой цели, причем конкретные аппаратные средства, использованные здесь, легко понимаются специалистами в данной области техники в качестве не представляющих важности. Конечно данное изобретение могло бы воплощаться в средствах программного обеспечения. Сигнал возбуждения F, полученный от регулятора тока, и выходной сигнал О контрольного устройства состояния выключения подаются в подпроцесс разрешения команды возбуждения. Логическая схема 19 обеспечивает при протекании тока в одном из тиристоров поддержание сигнала разрешения возбуждения на высоком уровне. Сигнал разрешения возбуждения достигает высокого уровня, когда команда возбуждения F первый раз поступает от регулятора. Сигнал разрешения команды возбуждения E поддерживается на высоком уровне, после того как запускается команда F и будет выключаться, когда ток в одном из тиристоров приходит к нулевому значению. Сигнал разрешения команды возбуждения будет снова устанавливаться на высоком уровне, когда команда возбуждения будет следующий раз выдаваться от формирователя 4. Таковой будет снова выключаться, когда ток управляющего электрода тиристора будет приходить к нулевому значению. Сигнал разрешения команды возбуждения Е не дает команду на возбуждение тиристоров, а только подает команду, что некоторый тиристор мог бы возбуждаться. Здесь угол зажигания тактируется в D-триггер 28, между тем как сигнал 0 контрольного устройства состояния выключения тактируется в D-триггер 27. Несмотря на то, что данное изобретение было показано и описано в отношении иллюстративного варианта его осуществления, специалистами в данной области техники должно пониматься, что различные изменения, пропуски и добавления в форме и деталях такового могут делаться в этом варианте и вводиться в него без отступления от сущности и объема данного изобретения.

Схемы импульсных преобразователей — СтудИзба

Схемы импульсных преобразователей

Классификация схем. Существует множество схем импульсных пре­образователей постоянного тока. Это многообразие, главным обра­зом, связано с использованием различных схемных способов прину­дительного конденсаторного выключения однооперационных тирис­торов, составляющих основу полупроводникового ключа.

Схемы классифицируются по следующим признакам: способу за­пирания тиристоров (обратным напряжением, обратным током), виду коммутации (одноступенчатая, двухступенчатая), схеме включения коммутирующей ЭДС (параллельная, последовательная), структуре цепей заряда и разряда коммутирующего конденсатора (зависимая, независимая).

Схемы с одноступенчатой коммутацией. В простейших схемах с одноступенчатой коммутацией для запирания тиристоров использу­ются постоянно включенные колебательные цепи (рис. 8.8).

При включении тиристора VT в L_кC_к-контуре возникает колеба­тельный процесс. Через некоторое время ток в тиристоре «вытесняет­ся» встречным током колебательного контура и становится равным нулю. Тиристор запирается обратным напряжением от коммутирующего конденсатора. Для изменения среднего значения напряжения на нагрузке в этих схемах может быть применен лишь частотно-импульсный способ, что заметно ограничивает регулировочные свойства и  энергетические показатели преобразователя. Поэтому в подавляющем большинстве случаев в современных тиристорных импульсных преобразователях используются схемы с двухступенчатой коммутацией.

Схемы с двухступенчатой коммутацией (рис. 8.9). В таких схемах коммутирующие цепи присоединяются к цепи силового (главного тиристора с помощью вспомогательных (коммутирующих) тиристоров в определенные моменты времени, и ток главного тиристора на короткий интервал времени проходит через коммутирующий тирис­тор. При этом запирание главного тиристора может осуществляться обратным напряжением (жесткая коммутация) или импульсом обрат­ного тока (мягкая коммутация).

Рекомендуемые файлы

Рис. 8.9. Базовые схемы тиристорных импульсных преобразователей с коммутацией импульсом обратного тока (а, в, д) и приложением обратного напряжения (б, г, е).

Многоквадрантный режим импульсного преобразователя. Рассмот­ренные выше схемы включения ИР соответствуют только одноква­дрантному режиму преобразования энергии, так как полярность напряжения и₂ и направление тока i₂ цепи нагрузки для каждой из схем неизменны.

Рассмотрим возможность реализации в схемах с ИР многоква­дрантных режимов преобразования энергии в цепях постоянного тока (рис. 8.12).

  В схемах (рис. 8.12, а,б) показаны направления потоков энергии Р. Возможные области режимов работы в координатах U₂, I₂ показа­ны заштрихованными областями для соответствующего квадранта. Эти схемы можно включить совместно в такой комбинации, которая обеспечивает многоквадрантный режим работы.

На рис. 8.12, в и г приведены схемы для двухквадрантного режима работы. Схема (см. рис. 8.12, в) предусматривает изменение направле­ния тока I₂, а схема (рис. 8.12, г) — напряжения U₂. В обоих случаях достигается изменение направления потока Р. В схеме с изменением направления тока I₂ предусматривается специальный коммутирую­щий дроссель Lк с выведенной средней точкой для разделения выклю­чаемого тиристора от встречно включенного диода. Этот дроссель снижает ответвление коммутирующего тока в цепь данного диода.

Схема (рис. 8.12, д) позволяет реализовать четырехквадрантный режим импульсного преобразователя. Поскольку напряжение U₂ как и ток I₂ на стороне нагрузки могут изменять направление на обрат­ное, достигается работа преобразователя во всем пространстве состояний. Эта схема представляет собой преобразователь постоянно-переменного тока, т.е. мостовую схему однофазного инвертора, обеспечи­вающую передачу энергии из цепи постоянного тока в цепь переменного тока и обратную передачу энергии.

9. АВТОНОМНЫЕ ИНВЕРТОРЫ

 9.1. НАЗНАЧЕНИЕ И ВИДЫ АВТОНОМНЫХ ИНВЕРТОРОВ

Автономные инверторы — это преобразователи постоянного тока в переменный однофазный или многофазный ток. Коммутация тока в них осуществляется независимо от процессов во внешних элект­рических цепях благодаря наличию дополнительных коммутирующих устройств внутри самого преобразователя. На его выходе можно по­лучать переменный ток теоретически любой частоты, плавно регули­ровать от нуля до максимального значения частоту и напряжение. Благодаря этому свойству автономные инверторы находят все более широкое применение в регулируемых электроприводах с асинхронными двигателями трехфазного тока. Особенно перспективно применение автономных инверторов в тяговых электроприводах электрово­зов, электропоездов, тепловозов.

В зависимости от способа принудительной коммутации тока, схемы инвертора, параметров источника питания и нагрузки автономные инверторы делятся на виды, отличающиеся специфическими осо­бенностями процессов переключений тока. Полная коммутация с переключением тока с одной ветви схемы на другую в автономных инверторах происходит на нескольких этапах, важнейшими из которых являются: уменьшение прямого тока в одном из тиристоров до нуля, задержка приложения прямого напряжения на этом тиристоре до полного восстановления   его запирающей способности, нарастание прямого тока во втором тиристоре. Эти события могут совершаться совместно или последовательно. Средства для осуществления надеж­ной коммутации обычно являются одной из наиболее трудных про­блем в автономных инверторах. Принципиально эти средства можно разделить на два класса.

К первому классу следует отнести полностью управляемые силовые полупроводниковые приборы (силовые транзисторы и запираемые тиристоры).

 Второй класс составляют обычные не полностью управляемые СПП (однооперационные тиристоры), дополненные специальными узлами принудительной коммутации, например, в виде предварительно заряженных конденсаторов и вспомогательных тиристоров.

Рассмотрим принцип работы автономного инвертора на примере простейшей однофазной схемы с использованием указанных выше

средств коммутации (рис. 91).

Принцип работы инвертора на полностью управляемых приборах.

Силовые транзисторы используются как ключи, получая сигналы управления СУ по цепи базы от отдельной схемы управления СУ, построенной на основе генератора прямоугольных импульсов. Сигналы управления, поступающие на транзисторы VT1 и VT2, не совпадают по времени, что устраняет появление сквозного тока источника питания Е. Предполагается, что один транзистор открывается в тот момент, когда другой закрывается. В схеме не требуется дополнительных ком­мутирующих устройств, так как транзисторы обладают свойством полной управляемости, и для включения и выключения достаточно управлять током их базовых цепей.

Рис 9. 1. Схемы и временные диаграммы работы однофазного автономного инвертора  на транзисторах при работе на активную нагрузку (без обратных диодов) (с) и  на  активно-индуктивную нагрузку (с обратными диодами) (б)

Сигналы управления подаются на VT1, VT2 с периодом следования Т. При активной нагрузке (см. рис. 9.1, а) поочередное включение транзисторов обуславливает приложение ЭДС источника Е к первичной обмотке трансформатора Т, выполненного с выведенной средней (нулевой) точкой 0.  По первичным полуобмоткам протекают токи i₁₁, i₁₂. На вторичной обмотке возникает напряжение и₂ прямоугольной формы. Ток i₂ при активной нагрузке R повторяет форму кривой и₂ и переходит через нулевое значение одновременно с моментом переключения транзисторов. При работе транзисторов в нулевой схеме в течение непроводящей части периода к ним прикладывается в прямом направлении напряжение 2Е.

В реальных схемах нагрузка носит, как правило, активно-индуктивный характер (см. рис. 9.1, б). Во время переключения транзисторов в такой схеме возникают условия, которые могут привести к большим перенапряжениям, поскольку ток в цепи с индуктивным элементом не может мгновенно изменить направление. Следовательно, для предупреждения перенапряжения в схеме должна быть пред­усмотрена ветвь тока нагрузки на интервалах t₀ — t₁, t₂ —t₃  после переключения транзистора.

Для пропуска тока могут быть включены разнообразные устройства, например резисторы, конденсаторы или дополнительные цепи с полупроводниковыми приборами. Наиболее экономичное решение было предложено выполнять по схеме с обратными диодами VD1, VD2, включенными встречно-параллельно основным (главным) транзисторам VT1, VT2 [4]. Для этого случая на рис. 9.1, б показаны формы напряжений и токов в схеме инвертора. В схеме с обратным диодами после переключения транзистора контур индуктивного тока нагрузки проходит через диод, включенный встречно ЭДС источника Е. Входной ток id инвертора на интервалах переключения тока (спадания тока нагрузки до нуля) протекает в обратном направлении, обеспечивая возврат в источник питания энергии, накопленной в дросселе L. Среднее значение тока Id источника определяется потреблением энергии активным сопротивлением R цепи нагрузки. При идеальной индуктивной нагрузке теоретически возможно Id = 0.

Принцип работы инвертора на однооперационных тиристорах. Рас­смотрим схему инвертора, в которой требуются дополнительные эле­менты для осуществления коммутации. Схема однофазного инвертора на однооперационных тиристорах VT1, VT2 (рис. 9.2) называется параллельным инвертором [4] и строится по принципу коммутации тока с использованием конденсатора С, включенного параллельно цепи нагрузки.

Широко известная схема однофазного параллельного инвертора отличается от схемы (см. рис. 9.1) наличием дросселя в цепи постоянного тока с индуктивностью Ld и коммутирующего конденсатора емкостью С. В этой схеме принудительное выключение однооперационных тиристоров VTI, VT2 осуществляется предварительно заряжен­ным коммутирующим конденсатором. Коммутация тиристора VT1 начинается с момента (t₂, t₆), когда отпирается второй тиристор VT2, и конденсатор С, заряженный так, что верхняя обкладка положитель­на, обеспечивает обратное напряжение на запираемом тиристоре VT1.

Интервалы времени (t₂ — t₃, t₆ — t₇ для  VT1; t₀ — t₁,t₄ —t₅ для VT2) должны быть не менее времени выключения тиристора. Для

выполнения этого условия необходимо включить конденсатор такой емкости С, чтобы отводить  ток нагрузки от тиристора на интервале времени выключения.

Дроссель L цепи постоянного тока такого инвертора обычно имеет достаточно большую индуктивность, чтобы исключить или су­щественно уменьшить пульсации подводимого постоянного тока i_d. При этом ток i_dпереключения с одного тиристора на другой равнозначен току прямоугольной формы через тиристоры VT1 и VT2. Ток i₂ цепи RL-нагрузки имеет плавное изменение, и разность токов ти­ристора (источника) и нагрузки компенсируется током конденсатора i_c. Их алгебраическая сумма на каждом временном интервале равна нулю. Конденсатор заряжается на интервале, когда ток тиристора превышает ток нагрузки (приведенный к числу витков первичной обмотай трансформатора), и разряжается, если ток нагрузки превышает ток источника. В  результате конденсатор перезаряжается дваж­ды за один период Т.  Напряжение конденсатора и_с накладывается на ЭДС источника Е,  и на выходе инвертора напряжение и_и содержит постоянную составляющую Е и переменную составляющую, опреде­ляемую напряжением на  конденсаторе и_{с(см. рис. 9.2). Напряжение на входе ии имеет значительые пульсации, возрастающие с уменьшени­ем емкости С при неизменных параметрах  RL-нагрузки.}

Расчет параллельного инвертора довольно сложен. Основные принципы которые позволяют выполнить расчет, сводятся к следую­щему:

мощность получаемая от  источника постоянного тока, должна

быть равна мощности, отдаваемой нагрузке: EI_d = U₂²/R, где U₂—

эффективное значение    напряжения нагрузки;

Рекомендуем посмотреть лекцию «1 Предмет, метод, структура юридической деонтологии как науки и учебной дисциплины».

так как кривые напряжений и токов несинусоидальны и со­держат ряд гармонических составляющих, то реактивные мощности основной и каждой высшей гармонической составляющей тока источника питания должны быть  равны соответствующим состав­ляющим реактивной  мощности всей цепи переменного тока на выходе;

в установившемся режиме среднее за интервал проводящего состояния каждого тиристора напряжение на полуобмотке первичной  обмотки трансформатора должно быть равно напряжению источника питания Е.

Принцип работы инверторов на однооперационных тиристорах с последовательным конденсатором в нагрузке. Последовательная RC­-цепь нагрузки образует резонансный контур, обеспечивающий ком­мутацию. Такие инверторы получили название последовательных (рис. 9.3) [4].

Когда тиристор VT1 открыт, а тиристор VT2 закрыт, после­довательная резонансная цепь подсоединена к источнику постоян­ного тока. За время первого полупериода резонансного колебания (t₀ —t₂ ) напряжение на конденсаторе и_c возрастает до значения, близкого 2Е. Затем ток i_{dуменьшается ниже тока удержания тиристора и прекращается. Второй тиристор VT2 можно включить, спустя интервал (t2 — t3) длительностью не менее времени вы­ключения тиристора. Когда тиристор VT2 включается, происходит такой же колебательный процесс перезаряда конденсатора через цепь нагрузки. При этом источник питания не участвует в работе. Конденсатор перезаряжается током исходной полярности. Далее с интервалом (t5 — t6) открывается тиристор VT1, и процессы в схеме повторяются. Если интервалы t2 — t3 и t5— t6 поддерживать минимальными, то ток i в цепи нагрузки близок к синусоидальной форме. Для устойчивой коммутации тиристоров эти временные интервалы должны быть достаточными для гарантированного выключения тиристоров.}

Тиристоры и особенности их применения в преобразовательных устройствах. (Тема 1)

1. Судовая электроника и силовая преобразовательная техника (раздел 2: Силовая преобразовательная техника)

Тема 1
Тиристоры и особенности их
применения в преобразовательных
устройствах

2. Принцип работы динистора

3. Принцип работы тринистора

ВАХ (а) и управляющая (б) характеристика тринистора

4. Параметры и характеристики тиристоров

Напряжение на тиристоре
Напряжение включения Uвкл — напряжение в прямом или обратном направлении, при которых тиристор из
закрытого состояния переходит в открытое.
Напряжение в открытом состоянии Uоткр – напряжение на открытом тиристоре при фиксированном
анодном токе. Когда тиристор включен, напряжение на нем составляет от 1 до 2 вольт;
Напряжение пробоя (загиба) Uзаг – напряжение на обратной ветви. Если напряжение любой полярности не
превосходит значений Uзаг, то при нулевом управляющем токе Iупр тиристор всегда будет закрыт;
Максимальное постоянное обратное напряжение Uобр – обратное напряжение, при котором тиристор
может работать длительное время.
Для надежного закрытия тиристора прямое или обратное напряжение на нем не должно превышать
повторяющееся импульсное напряжение Uповт, которое составляет примерно 70 % от наименьшего из
напряжений Uвкл и Uзаг и приводится в справочниках (100-4000 В).
Токи тиристора
Номинальный ток Iн открытого тиристора может быть непрерывным и импульсным. Непрерывный ток Iн
характеризуется средним или среднеквадратичным значением. Например, максимально допустимый
средний прямой ток может достигать 1000-2000 А.
Импульсный периодически повторяющийся ток определяется пиковым (амплитудным) значением.
Однократный импульсный ток характеризуется импульсным значением и временем его воздействия;
превышать данное время недопустимо вследствие интенсивного нагрева тиристора.
Максимальный обратный ток протекает в течение длительно приложенного обратного напряжения.
Ток удержания тиристора Iвыкл – минимальное значение анодного тока (ток выключения Iвыкл, мА),
требуемого для поддержания тиристора в проводящем состоянии. Поскольку ток Iвыкл практически мал, то
говорится, что тиристор выключается при уменьшении его рабочего тока до нуля.

5. Разновидности специальных тиристоров

а
б
в
г
Структура (а) и УГО (б), ВАХ (в) симистора, УГО фотосимистора (г)

6. Коммутация однооперационных тиристоров

Допустим, что тиристор 1 проводит ток по цепи abc, а конденсатор заряжается
по цепи adbc, поэтому на левой пластине конденсатора С отрицательный
потенциал jCb. В момент времени t1 поступает управляющий импульс на
тиристор 2, поэтому за счет разряда конденсатора ток идет по цепи bdcb –
навстречу току тиристора 1, закрывая его

7. Тиристорные контакторы

Строение однофазного тиристорного контактора переменного тока
Схемы трехфазных контакторов переменного тока

8. Контакторы постоянного тока

а)
б)
в)
Контакторы постоянного тока
Например, в схеме ток начинает идти через нагрузку при включении VS1 с
помощью импульса, подаваемого управляющий электрод . Ток протекает
через тиристор 1 за счет источника Е1 по контуру a-b-e-f-a. Левая пластина
конденсатора С заряжается положительно. Когда необходимо изменить ток
и включить источник Е2, подается управляющий импульс на тиристор VS2,
он включается и ток разряда конденсатора по контуру с-d-e-b-c выключает
тиристор 1.

тиристоров в цепях переменного тока

• Изучив этот раздел, вы сможете:
• Описать методы управления мощностью переменного тока с помощью тиристоров
• • Полуволновое и полноволновое управление
• • Базовое резистивное управление.
• • Фазовое регулирование.
• • Контроль уровня.
• • Импульсный запуск.
• • Синхронное переключение или переключение через ноль.
• Разберитесь в работе схемы для различных методов срабатывания тринистора.
• Описать методы безопасной изоляции для устройств среднего и высокого напряжения.

Базовый резистивный контроль

Тиристоры обычно используются в цепях управления питанием переменного тока, таких как диммеры освещения, регуляторы скорости двигателя переменного тока, нагреватели и т. Д., Где сетевое (линейное) напряжение используется для нагрузок в много ватт или часто киловатт.Целью управления переменным током является запуск SCR на части в течение каждого цикла переменного тока, чтобы ток нагрузки через SCR отключался на часть цикла переменного тока, таким образом ограничивая средний ток, протекающий через SCR, и, следовательно, среднюю передаваемую мощность. к нагрузке.

Рис. 6.2.1 Базовая схема резистивного управления

Самый простой способ достижения этого показан на рис. 6.2.1, где тиристор включается путем подачи синусоидальной волны низкого напряжения (полученной от входа переменного тока простой резисторной цепью, содержащей переменный потенциометр) на вывод затвора SCR.Обратите внимание, что поскольку входная волна затвора получается из переменного тока, протекающего через SCR, она будет состоять только из выпрямленных полуволновых импульсов. Эффект этой входной волны заключается в том, что SCR будет включаться только тогда, когда форма волны затвора достигает потенциала срабатывания SCR, что происходит на полпути в течение каждого положительного полупериода волны переменного тока. После включения тиристора он продолжает проводить до тех пор, пока волна переменного тока не упадет до чуть выше нуля вольт, когда ток, протекающий между анодом и катодом, упадет до значения, меньшего, чем пороговое значение « тока удержания » (показано в тиристорном модуле 6.0 рис. 6.0.3). Затем тиристор остается в непроводящем состоянии в течение отрицательного полупериода волны переменного тока, поскольку теперь он смещен в обратном направлении (в режиме обратной блокировки) в течение оставшейся части цикла переменного тока. Когда начинается следующий положительный полупериод, тиристор остается в непроводящем состоянии до тех пор, пока сигнал запуска на выводе затвора снова не достигнет своего пускового потенциала.

Рис. 6.2.2 Активное срабатывание SCR

Время или фазовый угол, при котором будет срабатывать SCR, можно изменять, изменяя амплитуду сигнала затвора.Как видно из анимации на рис. 6.2.2. чем меньше амплитуда стробирующего сигнала, тем позже включается тиристор. Таким образом, изменение амплитуды сигнала триггера контролирует время включения SCR. Однако обратите внимание, что, поскольку тиристор в основном представляет собой выпрямительный диод, он проводит только половину цикла переменного тока, поэтому один тиристор может выдавать только 50% доступной мощности переменного тока. Кроме того, при использовании этой очень простой формы управления током, протекающим через тиристор, можно управлять только в течение половины положительного полупериода, то есть четверти полного цикла переменного тока.Можно видеть, что как только время включения достигает пика амплитуды волны переменного тока, его нельзя регулировать дальше, так как пиковая амплитуда сигнала запуска больше не будет достигать потенциала срабатывания затвора SCR и поэтому не будет запускать SCR после эта точка.

Рис. 6.2.3 Управление переменным током с помощью резисторов

Рис. 6.2.3 Видео недоступно в формате для печати

Из анимации и видео на рис. 6.2.3 также видно, что при использовании простого резистивного метода управление не очень линейное; Первоначально ток через SCR изменяется только на относительно небольшую величину, но есть более быстрое изменение непосредственно перед прекращением проводимости.Внимательно посмотрите на вставку с изображением лампы на видео; он начинает заметно тускнеть только тогда, когда время переключения приближается к пиковому значению волны переменного тока.

Рис. 6.2.4 Методы управления полноволновым SCR

Полноволновое управление SCR

Базовая операция SCR, описанная выше, может быть значительно улучшена с помощью некоторых простых модификаций. Возможно, самым большим недостатком простого резистивного управления является то, что диапазон регулировки может покрывать только 25% всей волны переменного тока.Это происходит из-за того, что диодный тиристор проводит только положительную половину волны переменного тока. Чтобы обеспечить проводимость во время прохождения отрицательной половины волны переменного тока, переменный ток можно выпрямить с помощью двухполупериодного выпрямителя, как показано на рис. 6.2.4 (a). Поскольку обе половины волны переменного тока теперь будут положительными, диапазон регулировки теперь увеличен почти до 50%. Альтернативой является использование второго SCR, соединенного встречно-параллельно, как показано на рис. 6.2.4 (b), чтобы один SCR работал во время положительных полупериодов, а другой SCR — во время отрицательных полупериодов.Однако такое параллельное расположение тиристоров можно также получить, просто используя один симистор вместо двух тиристоров.

Рис. 6.2.5 Демонстрационная схема управления фазой тиристора

Контроль фазы SCR

Для достижения практически 100% -ного контроля волны переменного тока при регулировке фазы просто заменяется один из резисторов в резистивной цепи управления на конденсатор. Теперь это преобразует цепь резисторов в переменный фильтр нижних частот, который будет сдвигать фазу волны переменного тока, подаваемой на затвор.Подробности о том, как работает фильтр нижних частот, можно найти здесь, но в основном значения C и R выбраны таким образом, чтобы регулировка R1 обеспечивала сдвиг фазы от 0 ° до почти 90 °. Чтобы быть эффективным, изменение R1 должно привести к значительному изменению поведения устройства нагрузки (в данном случае лампы на 12 В, 100 мА). Однако, помимо сдвига фазы сигнала затвора, RC-фильтр также будет изменять амплитуду формы сигнала затвора, поэтому амплитуда сигнала затвора также должна поддерживаться выше пускового потенциала выбранного типа SCR для переключения иметь место.Из этих условий видно, что расчет подходящих значений для R и C для обеспечения надлежащего управления зависит как от фазы, так и от амплитуды, поэтому может быть довольно сложным. Поэтому, скорее всего, также потребуются некоторые практические эксперименты со значениями R и C.

Рис. 6.2.6 Управление фазой SCR

Рис. 6.2.6 Видео недоступно в формате для печати

Видео на рис. 6.2.6 показывает рабочую схему с использованием значений компонентов, показанных на рис.6.2.5. Наблюдая за яркостью лампы вместе с изменяющейся формой волны, показанной на вставленном изображении, можно увидеть, что использование фазового управления действительно дает значительно лучший контроль почти на всех 180 ° каждого полупериода по сравнению с простым резистивным управлением.

Контроль уровня SCR

Рис. 6.2.7 Контроль уровня SCR

Другой способ включения SCR в соответствующей части цикла переменного тока — подать напряжение постоянного тока на затвор в течение времени, которое требуется для проведения SCR.Следовательно, постоянный ток, приложенный к затвору, будет импульсом переменной ширины, имеющим уровень напряжения, достаточный для того, чтобы заставить тиристор проводить. Эти импульсы должны быть синхронизированы с выпрямленной волной переменного тока, чтобы они всегда начинались и заканчивались в правильное время относительно формы волны переменного тока.

Анимация на рис. 6.2.7 иллюстрирует основной метод запуска SCR с использованием управления уровнем. SCR запускается (включается) в течение каждого полупериода выпрямленного переменного тока напряжением V _g , приложенным к затвору SCR.SCR отключается в конце каждого полупериода, когда напряжение на SCR падает почти до нуля, что также совпадает с окончанием триггерного импульса V _g . Импульсы постоянного тока могут генерироваться в цифровом виде, с использованием выхода компьютера или дискретной компонентной схемы, такой как показанная ниже на рис. 6.2.8, в которой используется моностабильный таймер 555. Эта схема предлагает простой и недорогой метод демонстрации работы тринистора с использованием только низких напряжений. Используются два блока питания, заштрихованная область на рис.6.2.8 — это демонстрационный источник питания переменного тока, описанный в модуле SCR 6.0, который изолирует демонстрационную схему от сети (линии). На контрольную секцию цепи должно подаваться постоянное напряжение от 5 В до 12 В. Это может быть либо отдельный источник питания постоянного тока (например, «настенная бородавка»), либо специальный регулируемый источник питания IC, либо батарея. Секция управления схемы (черная) также изолирована от секции переменного тока (красная) двумя оптопарами, IC1 и IC3. Поскольку эта схема уже изолирована от сетевого напряжения с помощью T1, казалось бы, нет необходимости использовать второй метод изоляции в IC1, однако основная функция IC1 в данном случае не изоляция, а действие как детектор перехода через нуль.

Рис. 6.2.8 Цепь запуска уровня SCR

Рис. 6.2.9 Формы сигналов запуска уровня SCR

Демонстрационная схема запуска уровня

Схема на рис. 6.2.8 включает тиристор в момент времени, выбранный настройкой VR1, в течение каждого положительного полупериода переменного тока от низковольтного источника питания (форма сигнала A). SCR снова отключается, когда выпрямленное переменное напряжение падает почти до нуля в конце каждого полупериода. Схема управления основана на микросхеме таймера 555, работающей в моностабильном режиме, и двух оптопарах 4N25.

Помимо изоляции цепи 555 от входящего переменного тока, IC1 (4N25) выдает синхронизирующий импульс (форма сигнала B на рис. 6.2.9). Это достигается за счет смещения IC1 в режиме общего коллектора, так что его выходной транзистор проводит большую часть входного двухполупериодного переменного тока, создавая высокое (5 В) напряжение на выводе 4, но отключается, когда волна переменного тока приближается к 0 В, создавая выход 0 В. на выводе 4 микросхемы IC1. Эти импульсы используются для запуска моностабильного модуля 555 (IC2) в начале каждого полупериода.

Каждый раз, когда срабатывает IC2, его выход на выводе 3 становится высоким в течение времени, установленного постоянной времени, создаваемой переменным резистором VR1 и конденсатором синхронизации C1.Обратите внимание, что VR1 также подключен параллельно резистору R4 на 27 кОм. Целью этого является достижение более точной постоянной времени, чем это возможно при использовании только предпочтительных значений VR1 и C1. Также можно было бы установить предварительно установленный резистор вместо R4, чтобы получить точную длительность пускового импульса высокого уровня, генерируемого IC2.

Рис. 6.2.10 Срабатывание по уровню SCR

Рис. 6.2.10 Видео недоступно в формате для печати

Обратите внимание, что запускающий импульс, создаваемый IC2 (форма сигнала C на рис.6.2.9) переходит в высокий уровень сразу после получения синхронизирующего импульса, который включает SCR в начале полупериода. Кроме того, когда импульс запуска возвращается на низкий уровень, это не отключит SCR, он будет продолжать работать до конца полупериода; это не то, что нужно. Однако форма сигнала C инвертируется под действием оптрона IC3, поскольку его выходной транзистор подключен в режиме общего эмиттера. Следовательно, SCR срабатывает во время последнего периода полупериода выпрямленного переменного тока (форма сигнала D на рис.6.2.9). Обратите внимание на то, что форма сигнала D не похожа на обратную форму волны C, потому что, как только SCR запускается, вход затвора (вместе с анодом и катодом) следует форме выпрямленной волны переменного тока с момента запуска до момента его запуска. достигает 0 В.

Обратите внимание, что схема запуска уровня, описанная здесь и показанная в работе на видео на рис. 6.2.10, не предназначена конкретно для представления практической схемы для управления высоким напряжением, а как демонстрационный образец, позволяющий изучить управление SCR. .Таким образом, этот модуль дает возможность более глубоко изучить режимы запуска SCR, используя низковольтный источник питания переменного тока, описанный в модуле SCR 6.0, и создавая схемы запуска на макетной плате. Однако на практике есть некоторые недостатки срабатывания по уровню, которые можно преодолеть с помощью импульсного запуска.

Запуск импульса SCR

Использование запуска по уровню, как описано выше, имеет недостаток, заключающийся в создании тока затвора в течение всего периода включения SCR.Это создает ненужный ток затвора и в приложениях с высокой мощностью может увеличить тепло, выделяемое на переходе 2 SCR, что, в свою очередь, может снизить долговременную надежность.

Модификация схемы, показанной на рис. 6.2.8, проиллюстрирована на рис. 6.2.11. Эта схема генерирует одиночный узкий импульс (длительностью около 4 мкс) для запуска SCR при выбранном угле включения, затем SCR продолжает проводить до тех пор, пока прямой ток не упадет до значения, меньшего, чем значение удерживающего тока около 0 В, что значительно снижает среднее значение затвора. Текущий.

Рис. 6.2.11 Цепь запуска импульса SCR

Как работает схема запуска импульса

Часть рис. 6.2.11, показанная бледно-серым цветом, работает так же, как уже было описано для рис. 6.2.8; Выход IC2 (моностабильный) состоит из положительных импульсов переменной ширины (форма сигнала A, показанная на рис. 6.2.12), где задний фронт каждого импульса определяет угол включения SCR. (Обратите внимание, что в схеме запуска уровня этот сигнал инвертируется перед подачей на затвор, так что задний фронт становится нарастающим фронтом для запуска SCR).На рис. 6.2.11 перед тем, как выходной сигнал IC2 будет инвертирован, он дифференцируется C3 и R5 для создания серии узких 4 мкс положительных и отрицательных импульсов, соответствующих нарастающим и спадающим фронтам сигнала A. Эти узкие импульсы подаются на общий коллектор (эмиттерный повторитель) задающего транзистора Tr1 через R6. Диод D2 на эмиттере Tr1 удаляет положительные импульсы (за исключением небольшого остатка из-за потенциала прямого перехода диода).

Рис. 6.2.12 Формы сигналов запуска импульса SCR

Отрицательные импульсы (форма волны B) на эмиттере Tr1 инвертируются импульсным трансформатором 1: 1 T2 путем соединения вторичной обмотки T2 в противофазе с первичной обмоткой T2 (обратите внимание на точки индикатора фазы рядом с первичной и вторичной обмотками), таким образом, производя положительные триггерные импульсы для SCR.Т2 также действует как изолятор между цепью управления постоянного тока низкого напряжения и тиристором переменного тока более высокого напряжения. На рис. 6.2.12 форма волны C показывает форму волны катода SCR, причем быстрый нарастающий фронт соответствует времени запуска импульса, подаваемого на затвор через токоограничивающий резистор R8; это снижает ток, подаваемый каждым импульсом запуска, примерно до 100 мкА.

Цепи запуска по уровню и импульсного запуска обеспечивают надежный запуск и настройку почти на всех 360 ° волны переменного тока 50 Гц.Для работы на частоте 60 Гц может потребоваться некоторая регулировка постоянной времени моностабильности. Уровень напряжения питания постоянного тока не критичен, от 5 до 12 В.

Рис. 6.2.13 Кривые пересечения нуля SCR

Синхронное переключение (переход через нуль)

Проблема, однако, существует со всеми описанными выше методами управления. Форма выходного сигнала переменного тока, когда SCR включается в течение каждого положительного полупериода волны переменного тока, имеет очень быстрое время нарастания, поскольку ток через SCR внезапно переключается с нуля на мгновенное значение волны переменного тока.При использовании источника переменного тока 230 В это резкое изменение может составлять около 325 В (пиковое значение волны переменного тока). Форма волны также может быть острым треугольным всплеском, если SCR включается после достижения пикового значения волны. В любом случае форма волны переменного напряжения, создаваемая действием SCR, будет богата гармониками, которые могут создавать серьезный уровень электромагнитных помех (ЭМИ), вызывая проблемы не только для других подключенных схем; Помехи также могут излучаться на другие расположенные поблизости электронные устройства в виде радиочастотных помех (r.е.и.), поскольку создаваемые гармоники могут распространяться в радиодиапазоны. Чтобы избежать этих проблем, можно использовать альтернативные методы контроля. Один из таких методов, называемый «синхронное переключение или переключение с переходом через нуль», заключается в том, чтобы разрешить тиристорам переключаться только тогда, когда форма напряжения сети равна нулю или очень близка к ней. Затем тиристор включается на определенное количество циклов, а затем снова выключается (когда напряжение переменного тока проходит через 0 В) еще на количество циклов. Затем можно изменить соотношение циклов включения и выключения, чтобы обеспечить изменение средней мощности, подаваемой на нагрузку.Рис. 6.2.13 иллюстрирует теоретический метод достижения нулевого переключения кроссовера. Практическая демонстрационная схема показана на рис. 6.2.14, а фактические формы сигналов, полученные из схемы, показаны на рис. 6.2.15.

Сигнал

A на рис. 6.2.15 показывает форму сигнала 18Vpp, 100 Гц, приложенную к цепи перехода через нуль от двухполупериодного выпрямленного источника питания переменного тока и мостового выпрямителя (заштриховано серым на рис. 6.2.14).

Форма сигнала B представляет собой серию импульсов 5 В, полученных от оптопары IC1.Поскольку транзистор оптопары включен в течение большей части положительного полупериода входа переменного тока, это делает эмиттер высоким, за исключением узкого импульса, поскольку эмиттер падает с 5 В до 0 В каждый раз, когда вход переменного тока падает до 0 В. Таким образом, эти импульсы синхронизируются с точкой нулевого напряжения формы сигнала A.

Однако, поскольку для запуска SCR необходимы положительные импульсы запуска, импульсы в точке B инвертируются Tr1 для создания формы сигнала C.

Форма сигнала D является выходным сигналом автономного нестабильного генератора 555 IC2, который генерирует прямоугольные импульсы с частотой повторения импульсов около 7 Гц и переменной скважностью, регулируемой VR1.Эта форма сигнала используется для управления соотношением времени включения и выключения SCR. Поскольку SCR будет высоким (включенным) в течение нескольких полупериодов 100 Гц, затем низким (выключенным) в течение нескольких полупериодов. Отношение метки к пространству прямоугольной волны, создаваемой IC2, регулируется VR1, чтобы обеспечить время включения примерно от 20% до 90% от периодического времени нестабильного выхода. Более подробно работа IC2 описана в Модуле 4.4 генераторов.

Выходы Tr1 (форма сигнала C) и IC2 (форма сигнала D) подаются на два входа логического элемента И (IC3).Выход IC3 переходит на логическую 1 только тогда, когда оба входа находятся на логической 1. Это создает серию узких положительных импульсов запуска (форма сигнала E) для запуска SCR только в начале этих полупериодов, когда форма сигнала D имеет высокий уровень. Создаваемые импульсы запуска подаются на Т2, изолирующий импульсный трансформатор 1: 1, через транзистор Tr2 драйвера эмиттерного повторителя. Вторичная обмотка Т2 подает триггерные импульсы на затвор тринистора через резистор ограничителя тока R11 и диод D3. Форма волны затвора (форма волны F) практически идентична форме волны выхода на катоде SCR, поскольку между затвором и катодом SCR существует лишь небольшая разница в напряжении.

Рис. 6.2.14 Цепь управления переходом через ноль SCR

* Примечание по безопасности: Как правило, резисторы 0,25 Вт подходят для этой конструкции, но если цепь работает в течение длительного времени без источника переменного тока, но при этом источник постоянного тока все еще включен, существует вероятность того, что R11 (47R 0,25 Вт) может перегреться. , так как в этих условиях он будет пропускать повышенный ток из-за сигнала E, являющегося версией нестабильного выхода с более высоким током (форма сигнала D). Чтобы избежать перегрева, R5 может быть заменен версией с более высокой мощностью, или, предпочтительно, оба источника переменного и постоянного тока всегда должны быть отключены, когда цепь не работает!

Рис.6.2.15 Формы сигналов Рис. 6.2.14 Схема

Рис. 6.2.16 SCR Zero Crossing

Схема макетной платы

Работа цепи с переходом через ноль SCR

В этой демонстрационной схеме снова используется двухполупериодный выпрямленный источник переменного тока низкого напряжения (12 В, _RMS, ), описанный ранее и затененный серым цветом на рис. 6.2.14.

Рис. 6.2.14. использует два разных метода изоляции и демонстрирует, как метод контроля перехода через нуль может быть реализован с использованием стандартных компонентов.Он не предназначен для представления какого-либо конкретного коммерчески доступного решения и не предназначен для представления наилучшего доступного метода. Целью схем управления затвором SCR, обсуждаемых в этом модуле, является предоставление полезных демонстраций широко используемых методов управления и среды низкого напряжения для соответствующих экспериментов. Они могут быть построены недорого на стандартном макете или плате, как показано на рис. 6.2.16, в качестве полезных демонстраций или студенческих проектов. В этих проектах используются низкие напряжения, чтобы поддерживать более безопасную окружающую среду, но узнайте больше об электронике.org не заявляет и не предполагает, что какая-либо электронная схема является полностью безопасной, выбор построения и / или использования схем и методов, описанных на этом сайте, осуществляется исключительно на ваш страх и риск.

Видео на рис. 6.2.17 показывает эффект управления переходом через ноль при использовании для уменьшения яркости лампы. Обратите внимание на ярко выраженное мерцание, возникающее при включении и выключении SCR на низких частотах, показывая, что это решение, устраняя одну проблему управления SCR (помехи), порождает другую — низкую скорость переключения и связанное с этим мерцание.Однако, хотя это может быть проблемой для приложений освещения, это не проблема для приложений с медленно меняющимися значениями, такими как управление нагревом. Таким образом, переход через нуль может быть эффективным для контроля температуры за счет изменения средней мощности, подаваемой на нагревательный элемент. Кроме того, из-за отсутствия быстро изменяющихся скачков напряжения при управлении переходом через ноль, он больше подходит для использования с индуктивными нагрузками, чем схемы управления, которые переключаются во время цикла переменного тока.

Рис.6.2.17 SCR Zero Crossing Control

Рис. 6.2.17 Видео недоступно

в формате для печати

(PDF) Разработка и реализация схемы зажигания для однофазного преобразователя

International Journal of Computer and Electrical Engineering, Vol. 3, № 3, июнь 2011 г.



Аннотация. Целью статьи является разработка и реализация схемы запуска для преобразователя. Обсуждается необходимость получения

синхронизированных импульсов срабатывания затвора тиристора

,

.Из множества доступных схем запуска,

,

лежат в основе идей, которые являются двумя наиболее часто используемыми схемами управления

, которые а именно используют сигнал пилообразного изменения и используют сигнал косинуса

. Он показывает, как работает схема управления косинусом. Деталь

,

Описание и функционирование каждого блока объясняется в

,

с формами сигналов на выходе блоков. Включены экспериментальные результаты

, полученные с осциллографических дисплеев в важных

точках схем.В этой статье мы производим аппаратную схему

, которая реализует метод управления косинусом

, тестируем схему, а также проверяем, что требуемые импульсы затвора

для тиристоров.

Ключевые слова: тиристоры или выпрямители с кремниевым управлением

(SCR), биполярные переходные транзисторы (BJT), металлооксидные

Полупроводниковые полевые транзисторы (MOSFET), изолированные

биполярные транзисторы (IGBT) с затвором

, однофазный преобразователь,

Компаратор, Monoshot, Exclusive Or gate, SR Flip Flop,

555 Таймер.

I. ВВЕДЕНИЕ

Тиристоры или кремниевые выпрямители (SCR) [1] — [5]

широко используются в качестве переключающего устройства на средних и

больших уровнях мощности, начиная от нескольких киловатт до нескольких

мегаватт. при уровнях напряжения от нескольких сотен до нескольких килограммов

вольт. Биполярные переходные транзисторы (BJT) и металлические

Оксидно-полупроводниковые полевые транзисторы (MOSFET)

, хотя и имеют очень быстрые характеристики переключения по сравнению с SCR

, их использование ограничено средними уровнями мощности при

несколько сотен вольт.

Биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) переключают

устройств, которые имеют положительные точки над полевыми МОП-транзисторами и

тиристорами. Однако их более высокая стоимость и невозможность работы

при очень высоких напряжениях делают SCR лучшим выбором даже сегодня,

Рукопись получена 30 ноября 2010 г .; пересмотрено 12 марта 2011 года.

Тиртхарадж Сен работает на кафедре электротехники, Асансол

Инженерный колледж, Каньяпур, Вивекананда Сарани, Асансол, Бурдван-

713305.Он был бывшим доцентом и главой кафедры E.E, Бенгальский институт технологии и менеджмента

. Он имеет двенадцатилетний опыт работы в Industrial

и почти шесть лет опыта преподавания. (Телефон: + 91-

9432851324, электронная почта: [email protected]).

Пиджуш Канти Бхаттачарджи работает с кафедры электроники и

телекоммуникационной техники, Университет Ассама, [Центральный университет

], Силчар, Ассам, Пин-788011, Индия.Он был бывшим помощником

Директором Департамента телекоммуникаций (DoT) правительства

Индии, Индии. Он обладает обширным опытом работы в области

телекоммуникаций, включая мобильную связь, обработку изображений,

СБИС, нанотехнологии, менеджмент и т. Д. В течение последних 30 лет. (Телефон: + 91-

33-25954148, электронная почта: pijushbhatta_6 @ hotmail.com).

Манджима Бхаттачарья работает в отделе электротехники в

Муршидабадском колледже Энгг.& Technology, Берхампур, Западная Бенгалия,

Индия. (телефон: + 91-8016707785, электронная почта: [email protected]).

что касается преобразователей с линейной коммутацией. В этой статье

мы разработали недорогую схему зажигания

для однофазных преобразователей с коммутацией линий.

A. Тиристор и его проводимость

Тиристор или SCR — это четырехслойное устройство, имеющее три перехода

J1, J2 и J3. По существу доступны три клеммы с именами

анод, катод и затвор, как показано на рис.1

(внизу) для внешних подключений. В условиях, когда тиристор

либо проводит, либо не проводит, т. Е. Он позволяет току

течь или нет, наглядно показано на рис. 1. Тиристор

будет находиться в режиме обратной блокировки, если VAK <0,

независимо от того, присутствует стробирующий импульс или нет.

С другой стороны, говорят, что тиристор находится в режиме прямой блокировки

, когда VAK> 0 при отсутствии какого-либо импульса затвора,

некоторый ток будет течь через тиристор.В случае, если тиристор

,

включается либо путем превышения прямого напряжения отключения

,

, либо путем подачи импульса затвора между затвором

,

и катодом, что называется режимом прямой проводимости.

Следовательно, если мы хотим использовать SCR в качестве переключающего устройства

[1] — [5], мы должны убедиться, что соответствующий импульс затвора

подается между затвором и катодом в желаемый момент времени.

Рис. 1. Символы для диода и тиристора

Некоторые важные значения тиристора приведены ниже:

Номинальное напряжение — 230 В

Номинальный ток — 20 А

Время включения (TON) — от 1 до 2 µ сек

Время выключения (TOFF) — от 70 мА до 100 мА, ток

Длительность импульса> TON

Падение напряжения проводимости — около 1.2V

Число градусов от начала цикла

, когда SCR стробируется или включается, называется углом включения

,

, символом α, а количество градусов, которое остается проводящим SCR

, равно известный как угол проводимости.

B. Преобразователи с линейной коммутацией

Преобразование частоты сети (50 Гц) переменного тока к постоянному току [1] — [5] — это

, выполняемое либо с использованием однофазного мостового преобразователя

,

с использованием четырех тиристоров, либо трехфазного преобразователя с использованием шести тиристоров

.Однофазный полностью управляемый мост с четырьмя

Проектирование и реализация схемы зажигания для однофазного преобразователя

Тиртхарадж Сен, Пиджуш Канти Бхаттачарджи, член IACSIT, Манджима Бхаттачарья

368

Как работает SCR и основные схемы

Вы когда-нибудь видели SCR? Некоторые могут использовать его вместо переключателей и реле. Потому что мы видели, что он работает быстро и тихо.

Звучит неплохо, не правда ли?

Если мы собираемся узнать, как работает SCR.Позвольте мне вам их объяснить.

Что такое SCR?

SCR — это полупроводниковый и тиристорный прибор, который важен для силовой электронной схемы. SCR означает выпрямитель с кремниевым управлением.

Конечно, эти слова вам не нужны. Вам не нужно сдавать экзамены. Просто мы достаточно хорошо им пользуемся, правда?

SCR Application

Как мы можем использовать SCR? много приложений, например:

• Используется для нагрузки тока от 0,8 А до 10000 А или более.
• Управление освещением
• Управление скоростью двигателя
• Выпрямительные цепи для преобразования переменного тока в постоянный.
• Или преобразовать постоянный ток в переменный.
• Используйте вместо переключателя или реле для включения и выключения нагрузки.
• Коммутационные цепи, требующие очень высоких скоростей.
• Нужен безыскровой выключатель, который работает.
• Используется вместо диода очень сильного тока. Преимущество в том, что им управляют малые токи. Как транзистор.
• И многое другое.

Что вам нужно?

Конструкция и эквивалентная схема

Представьте, что вы взяли молоток, чтобы разбить SCR.Понимаете, это четырехуровневая структура. И имеет 3 PN перехода. Некоторые называют 4-слойным диодом PNPN. Потому что он пропускает ток только в одном направлении.

Символ SCR

Сравните символ диода и SCR. SCR похож на диод. Просто имейте больше только G-ноги.

Также он имеет 3 вывода, как у биполярного транзистора. Но в названиях есть разница, включая:

• «A» означает анод
• «K» означает катод
• «G» означает затвор

Снова см. Структуры SCR.Теперь сравним его с транзисторами.

Мы больше знакомы с транзисторами, чем с SCR.

Итак…

Мы можем легко модифицировать оба типа транзисторов NPN и PNP для SCR.

Здесь два транзистора подключаются как SCR.

Если сравнить схему обоих.

• Затвор SCR является коллектором (C) транзистора PNP и базой (B) транзистора NPN.
• Анод SCR является эмиттером (E) транзистора PNP.
• Катодом SCR является эмиттер (E) NPN-транзистора.

Мы узнаем, как он работает, из приведенной в качестве примера принципиальной схемы позже (ниже).

Что еще?

Работа SCR

Трудно объяснить, как работает SCR, легко понять. Но я постараюсь сократить его подробности. Оставляем только важные принципы для базового использования.

В нормальной цепи SCR. Мы всегда подключаем нагрузку последовательно с проводом «А» и плюсом питания. Но катод (K) подключается к отрицательному источнику питания.
Вот работа SCR под двумя головками:

Режим открытых ворот

См. На схеме.

Когда нет напряжения на затворе.

Необходимо изучить 2 случая:

• Прямое смещение Под PN-переходом SCR ситуация, как в NPN-транзисторе с разомкнутой базой. Таким образом, ток не течет через нагрузку RL и SCR. , если мы постоянно увеличиваем подачу напряжения. Пока точка с обратным смещением не сломается.
  Сделать SCR теперь проводит сильно. Это состояние «Включено». Но обычно мы не добавляем такое высокое напряжение. Мы назвали напряжение прямого смещения в прямом смещении.
• Обратное смещение Напротив, мы меняем полярность напряжения питания. Это похоже на обратное смещение диода. Если мы будем увеличивать больше и больше напряжения, то до одной точки SCR будет проводить сильный ток и, в конце концов, выйдет из строя. Мы назвали это напряжение обратного переключения.

Итак, мы должны использовать более низкое напряжение, чем напряжение переключения. Характеристики каждой SCR разные. Нам следует детально изучить информацию.

Не только это.

Вы бы не использовали SCR без тока затвора, верно?

Ввод напряжения затвора

Пока мы запускаем затвор с вводом небольшого тока.Положительно по сравнению с катодом. Заставляет SCR работать правильно. Мы часто этим пользуемся.

Но не забывайте, что напряжение на A и K должно быть ниже, чем перенапряжение отключения.

Когда SCR проводит ток через анод к катоду. Затем он продолжает работать на этом токе. Даже если мы уберем ток затвора уже.

Если уменьшить ток, протекающий через анод к катоду, возникает ток удержания. Это вызывает остановку SCR.

См. На графике:

Ток удержания — это наименьший ток, при котором тиристор все еще работает.

И IG1, и IG2 указывают ток затвора. Если мы введем это больше тока, он будет работать быстро.

Размер и форма SCR

В настоящее время существует множество типов SCR в зависимости от области применения. Также существует множество спецификаций или квалификаций SCR.

Мы можем разделить на 2 объекта. Это:

• Выдерживает ток 0,8-2000 ампер.
• Выдерживает перепад давления на нем. Может быть от 200 В до более 1000 В и т. Д.

Благодаря этим качествам, существуют различные формы тиристоров.

Образец популярного у меня SCR

Иногда можно задаться вопросом. Можно ли использовать существующую SCR взаимозаменяемо? Или выберите, какой купить Самый экономичный.

Позвольте мне привести пример 6 SCR, которые следует использовать.

• 2N5060: 30В 0,8А, ТО-92. Похоже на транзистор 2Н2222.
• T106D1 : ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ SCR 400 В 4A, TO-220
• C106B1 : 200 В 4A A, TO-202
• 2N6507 SCR: 400V 25A, TO-220
SCR C38453 , TO-65
• 2N6509 : 800V 250A, TO-220AB

Что еще?

Как выбрать SCR

При использовании SCR учитывайте его пределы.Который производитель всегда будет указывать.

Важные сведения:

• 1. VBO (прямое напряжение отключения) — это напряжение, заставляющее тиристор начать проводить ток без тока затвора. Или максимальное напряжение, которое может выдержать SCR.
• 2. IFmax (Максимальный прямой ток) — это максимальные токи, которые могут протекать в тиристоре без повреждения тиристора.
• 3. IGTmin (Минимальный ток срабатывания затвора) — это минимальный ток затвора, который может запускать SCR.
• 4. IH (ток удержания) — это наименьший ток, протекающий через A-K. Это может продолжать работу SCR.
• 5. VB (Пиковое обратное напряжение) — это обратное напряжение, которое подходит для SCR Может выйти из строя

Например, T106D SCR составляет 400 В 10A.
означает SCR с напряжением VBO = 400 В и
IF (макс.) = 4 А. Но средний ток: 2,5 А, IH = 20 мА, IGT = 200 мкА.

Итак, мы должны использовать SCR, а не сверх его возможностей. Это может привести к перегреву и, в конечном итоге, к повреждению.

Как срабатывает SCR

Мы можем запускать разными способами. Я бы хотел разделить на 2 типа блоков питания:

1. Использование блока питания постоянного тока

Мы часто используем его с блоком питания постоянного тока. Это так просто.

См .:

Он показывает принципы, по которым SCR проводит ток постоянным током.

На рисунке 2 цепи.

Ток срабатывания не зависит от источника питания.

2. Получите ток срабатывания от одного источника питания с резисторами делителя.

Но обе схемы работают по одинаковому принципу.

Подаем положительный ток на анод SCR. И отрицательный к катоду.

Затем подайте небольшой ток на затвор SCR. Мы назвали триггерный ток. И это напряжение должно быть только положительным по сравнению с катодом.

Если уровень тока затвора все еще ниже, чем ток запуска. SCR работать не будет. Но когда SCR проводит ток сейчас. Он вообще будет продолжать работать. Даже снизим или уберем ток срабатывания.

2. Использование источника питания переменного тока

В большинстве случаев мы используем тиристоры в качестве переключателей силовой электроники. Для включения-выключения любых цепей нагрузки. Но SCR проводит ток только в одном направлении. Или напряжение постоянного тока, как указано выше.

Однако мы можем использовать тиристор в блоке питания переменного тока.

Представьте, что вы можете управлять двигателем, лампой и т. Д. От сети переменного тока с помощью SCR.

Звучит неплохо, не правда ли?

Разделю на 2 корпуса.

1. Срабатывание постоянным током.

Посмотрите изображение схемы.Цепь триггера — постоянное напряжение. Он может управлять включением-выключением SCR.

Вы поняли? Посмотрите:

Посмотрите на изображение сигнала в различных точках цепи SCR. Сигнал, проходящий через нагрузку, станет пульсирующим постоянным напряжением.

Это схема полупрямого выпрямителя и переключателя. Мы можем управлять цепью триггера.

Предположим, мы вводим триггерное напряжение постоянного тока (Turn ON). Он находится в фазе с питанием переменного тока. Заставляет SCR проводить ток для загрузки в форме волны.

Мне неудобно, не могу описать словами. Смотришь график лучше.

Загрузите это

Все полноразмерные изображения ЭТОГО ЗАПИСИ в формате PDF в электронной книге. Спасибо, поддержите меня. 🙂

Примеры простых схем с использованием SCR

Если вы все еще не поняли. Вы можете посмотреть на схему ниже. Для расширения вашего воображения

Транзистор lat как триггер SCR

Эта схема работает аналогично SCR. Когда на входе триггера высокий уровень, оба транзистора Q2 (транзисторы PNP) и Q1 (транзисторы PNP) будут работать.Следовательно, ток течет к выводу базы Q2, который имеет напряжение 0,7 В на резисторе R1.

Когда мы уменьшаем напряжение триггера, транзисторы могут продолжать работать из-за тока базы. Мы можем сбросить схему, отключив цепь питания. В этой схеме мы нажимаем только кнопку выключателя S1-reset.

Магия звука с использованием SCR 2N1599

Эта схема может быть обманщиком. Через постоянный магнитный переключатель управляет только венок. Я могу пошуметь.

Принцип работы схемы. BZ1 обычно не звучит вслух. Если вам нравится BZ1 прозвенел. Нажмите на венец переключателя на постоянных магнитах S1 и S2.
Замкнуть цепь. R1 и R2 действуют разделенное напряжение от источника питания. Резистор R3 действует ограничивая ток. Чтобы активировать вывод на затвор SCR1, он проводит ток. Это ток, протекающий через BZ1, вслух. и если вы хотите вернуться в нормальные условия. Постоянный магнит из венок переключает S1 и S2. Что заставляет scr1 перестать проводить ток.Поэтому ток течет через BZ1, не загромождайте его.

Не только это, Подробнее:

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

IRJET-Запрошенная вами страница не найдена на нашем сайте

IRJET приглашает статьи из различных инженерных и технологических, научных дисциплин для Тома 8, выпуск 10 (октябрь 2021 г.)

Отправить сейчас

---

IRJET Vol-8, выпуск 10 , Октябрь 2021 г. Публикация продолжается…

Обзор статей

---

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

---

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.

---

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для выпуска 8 тома 10 (октябрь 2021 г.)

Отправить сейчас

---

IRJET том-8 выпуск 10, октябрь 2021 г. Публикация продолжается…

Обзор статей

---

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

---

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.

---

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для выпуска 8 тома 10 (октябрь 2021 г.)

Отправить сейчас

---

IRJET том-8 выпуск 10, октябрь 2021 г. Публикация продолжается…

Обзор статей

---

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

---

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.

---

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для выпуска 8 тома 10 (октябрь 2021 г.)

Отправить сейчас

---

IRJET том-8 выпуск 10, октябрь 2021 г. Публикация продолжается…

Обзор статей

---

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

---

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.

---

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для выпуска 8 тома 10 (октябрь 2021 г.)

Отправить сейчас

---

IRJET том-8 выпуск 10, октябрь 2021 г. Публикация продолжается…

Обзор статей

---

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

---

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.

---

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для выпуска 8 тома 10 (октябрь 2021 г.)

Отправить сейчас

---

IRJET том-8 выпуск 10, октябрь 2021 г. Публикация продолжается…

Обзор статей

---

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

---

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.

---

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для выпуска 8 тома 10 (октябрь 2021 г.)

Отправить сейчас

---

IRJET том-8 выпуск 10, октябрь 2021 г. Публикация продолжается…

Обзор статей

---

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

---

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.

---

IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для выпуска 8 тома 10 (октябрь 2021 г.)

Отправить сейчас

---

IRJET том-8 выпуск 10, октябрь 2021 г. Публикация продолжается…

Обзор статей

---

IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь

---

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.

---

Объяснение однофазного контроллера напряжения переменного тока

Однофазный контроллер напряжения переменного тока

— это устройство, которое преобразует фиксированное однофазное переменное напряжение непосредственно в переменное переменное напряжение без изменения частоты.Вход и выход устройства однофазные.

Существует два типа однофазных контроллеров переменного напряжения: Однофазные полуволновые и однофазные полноволновые . В этой статье мы подробно обсудим оба типа контроллеров напряжения и проиллюстрируем работу с соответствующими схемами и формами сигналов.

Принцип работы однофазного контроллера напряжения переменного тока:

Принцип работы любого регулятора напряжения основан на последовательности переключения некоторых силовых переключателей, а именно.тиристоры. Тиристоры включены так, что нагрузка подключается к источнику переменного тока на часть каждого полупериода входного напряжения. Таким образом, выходное напряжение следует за частью входного переменного напряжения, для которой нагрузка подключена к источнику. Таким образом регулируется выходное напряжение.

Давайте рассмотрим однофазный полуволновой и двухполупериодный контроллер переменного напряжения для понимания принципа работы.

Однофазный полуволновой контроллер напряжения переменного тока:

Однофазный полуволновой контроллер переменного напряжения состоит из тиристора, соединенного встречно параллельно с силовым диодом.Принципиальная схема показана на рисунке ниже.

Нагрузка для простоты считается резистивной. Источник входного сигнала: В _м Sinωt.

Для положительного полупериода входного источника тиристор T1 смещен в прямом направлении и, следовательно, может проводить при подаче стробирующего сигнала. Это означает, что T1 останется выключенным до тех пор, пока не будет подан стробирующий сигнал. Теперь предположим, что под некоторым углом α (называемым углом зажигания) тиристор T1 закрывается. Как только T1 запускается / закрывается, он начинает проводить, и, следовательно, нагрузка подключается напрямую к источнику.Это делает напряжение нагрузки V _o = V _m Sinα и ток нагрузки I _o = (V _m Sinα / R) в момент срабатывания T1. От ωt = α до π напряжение и ток нагрузки следует форме волны входного напряжения V _m Sinωt и (V _m Sinωt / R) соответственно.

После ωt = π тиристор T1 становится смещенным в обратном направлении, и ток нагрузки становится равным нулю (обратите внимание, что напряжение нагрузки и ток находятся в фазе, следовательно, как только напряжение нагрузки становится равным нулю, ток нагрузки также становится нулевым), и, следовательно, тиристор T1 коммутируется естественным образом. .

После ωt = π диод D1 смещается в прямом направлении и, следовательно, начинает проводить. Это заставляет напряжение и ток нагрузки следовать за напряжением питания V _m Sinωt и (V _m Sinωt / R) соответственно для отрицательного полупериода.

Форма выходного сигнала для напряжения и тока нагрузки показана ниже.

На диаграммах выше можно отметить следующие точки:

• Имея управление углом зажигания α, можно управлять напряжением нагрузки.Из формы выходного сигнала видно, что отрицательный полупериод входного напряжения не контролируется. По этой причине однофазный полуволновой контроллер переменного напряжения также известен как однофазный однонаправленный контроллер напряжения.
• Положительный и отрицательный полупериод напряжения и тока нагрузки не идентичны. В результате в цепи питания и нагрузки вводится постоянная составляющая, что нежелательно.

Теперь вычислим действующие значения напряжения и тока нагрузки.Это даст нам представление о величине выходного напряжения и тока.

Однофазный двухполупериодный регулятор напряжения переменного тока:

Однофазный двухполупериодный регулятор напряжения переменного тока состоит из двух тиристоров, соединенных встречно параллельно. Принципиальная схема показана на рисунке ниже.

Нагрузка для простоты считается резистивной. Источник входного сигнала: В _м Sinωt.

Для положительного полупериода входного источника тиристор T1 смещен в прямом направлении и, следовательно, может проводить при подаче стробирующего сигнала.Это означает, что T1 останется выключенным до тех пор, пока не будет подан стробирующий сигнал. Теперь предположим, что под некоторым углом α (называемым углом зажигания) тиристор T1 закрывается. Как только T1 запускается / закрывается, он начинает проводить, и, следовательно, нагрузка подключается напрямую к источнику. Это делает напряжение нагрузки V _o = V _m Sinα и ток нагрузки I _o = (V _m Sinα / R) в момент срабатывания T1. От wt = α до π напряжение и ток нагрузки следует форме волны входного напряжения V _m Sinωt и (V _m Sinωt / R) соответственно.

При wt = π напряжение нагрузки становится равным нулю, а ток также становится равным нулю. Поскольку тиристор T1 смещен в обратном направлении после ωt = π и ток через него равен нулю, он естественно коммутируется.

При ωt = (π + α) тиристор T2 с прямым смещением закрывается. Следовательно, он проводит и подключает нагрузку к источнику. Напряжение нагрузки теперь соответствует отрицательной огибающей входного источника переменного тока, а ток нагрузки — то же самое. Таким образом, среднеквадратичным напряжением можно управлять, управляя углом зажигания.Таким образом, управление напряжением достигается в контроллере переменного напряжения.

Форма выходного сигнала для напряжения и тока нагрузки показана ниже.

Из приведенного выше сигнала можно отметить, что положительный и отрицательный полупериод напряжения и тока нагрузки идентичны. В результате постоянная составляющая не вводится в цепь питания и нагрузки. Это главное преимущество однофазного двухполупериодного контроллера переменного напряжения.

Однофазный двухполупериодный регулятор напряжения переменного тока также известен как однофазный двунаправленный регулятор напряжения.Теперь давайте рассчитаем среднеквадратичное значение напряжения и тока нагрузки.

Однофазные двухполупериодные контроллеры напряжения больше подходят для практических схем. Это также решает проблему постоянного тока, присутствующего в цепи питания и нагрузки полуволнового регулятора напряжения.

Двухимпульсный мостовой преобразователь | Регламент напряжения

Двухимпульсный мостовой преобразователь:

Двухимпульсный мостовой преобразователь получен, как показано на рис.22 от двух преобразователей средней точки. Они соединены последовательно со стороны постоянного тока и параллельно со стороны переменного тока. Это также однофазный преобразователь. В любой момент времени два диагонально противоположных тиристора проводят ток, один тиристор действует как обратный путь для тока, например T ₁ проводит ток к нагрузке, тогда как T ₄ возвращает ток к источнику питания. В следующем полупериоде T ₂ и T ₃ берут на себя работу по проведению тока, как описано выше.

Общая точка трансформатора больше не используется в качестве возврата, и входной трансформатор можно даже исключить.Характеристики двухимпульсного мостового преобразователя аналогичны; по сравнению с двухимпульсным преобразователем средней точки, но стоит отметить несколько различий между ними. Стабилизация напряжения на выводах преобразователя из-за прямых падений напряжения на тиристорах больше, поскольку два тиристора проводят ток в любой момент. Схема управления несколько сложнее, так как требуются два канала стробирующих импульсов, смещенных на 180 °. Каналы должны иметь выходы для подачи запускающих импульсов на проводящие тиристоры.Формы сигналов напряжения и тока преобразователя показаны на рис. 3.23 в идеализированных условиях мгновенной коммутации, плавного постоянного тока и т. Д.

Среднее значение постоянного напряжения в мостовом преобразователе вдвое больше, чем в преобразователе средней точки, для того же обратного напряжения тиристоров. Это означает, что пиковое прямое или обратное напряжение тиристора в мостовом преобразователе составляет лишь половину его значения в преобразователе средней точки для того же постоянного напряжения на выводах.

Среднее напряжение на выводах постоянного тока

где V — переменное напряжение. Пиковое прямое или обратное напряжение тиристоров равно пиковому значению напряжения источника = = √2V. В терминах V _dio он равен π / 2 V _dio . Средний ток тиристора

Действующее значение тока тиристора

Если используется преобразовательный трансформатор, его расчетная мощность значительно меньше, чем у преобразователя средней точки, и определяется по

.

Это потому, что вторичная обмотка в данном случае не несет постоянного тока.Однако, как уже говорилось, трансформатор обычно не используется.

Пока ток нагрузки является непрерывным, напряжение может изменяться от максимального 0,9 В при α = 0 ° до минимального 0 при π / 2. При дальнейшем задержке a полярность напряжения меняется на противоположную. При увеличении угла до 180 ° напряжение увеличивается в обратном направлении. Он достигает отрицательного максимума при α = 180 °. На практике α = 180 ° не может быть реализовано из-за перекрытия и конечного времени выключения тиристоров.

Регулирование напряжения преобразователя, характеризующееся снижением напряжения на выводах постоянного тока, также можно отнести к (a) перекрытию, (b) падению сопротивления и (c) падению напряжения на устройстве . Перекрытие (коммутация) влияет на регулирование напряжения так же, как было объяснено ранее для преобразователей средней точки. Во время коммутации скорость изменения тока вызывает падение напряжения на реактивном сопротивлении последовательно с тиристорами, например Реактивное сопротивление утечки трансформатора, реактивное сопротивление линии и любое индуктивное реактивное сопротивление в цепи для защиты от di / dt (рис.3,24)

где

В — напряжение питания переменного тока

X _{1 —} на единицу реактивного сопротивления последовательно с тиристором

R — сопротивление цепи

I _d — среднее значение тока нагрузки

V _T — прямое падение тиристора при токе I _d

Осциллограммы напряжения и тока с учетом перекрытия показаны на рис. 3.25.

Уравнения 3.12-3.19 также применимы к мостовому преобразователю с учетом перекрытия. Характеристики мостового преобразователя в отношении пульсаций переменного тока, накладываемых на постоянное напряжение, гармоник во входном токе, коэффициента мощности, требуемой реактивной мощности и прерывистого режима работы сглаживающего реактора, такие же, как у преобразователя средней точки.

Несмотря на то, что в случае мостового соединения требуется большое количество тиристоров, номинальное напряжение составляет лишь половину от среднего преобразователя.Это может компенсировать стоимость преобразователя. Характеристики преобразователя приведены на рис. 3.26.

Двухимпульсный мостовой преобразователь имеет ограниченную мощность, так как в основном это однофазные преобразователи. Пульсации выходного напряжения велики, и величина индуктивности, необходимая для их сглаживания, а также для предотвращения прерывистой проводимости, довольно велика.