Симистор и тиристор отличие: Симисторные и тиристорные стабилизаторы напряжения: что лучше выбрать?

Содержание

принцип работы и основные отличия

Тиристорные и симисторные стабилизаторы напряжения относятся к семейству электронных стабилизаторов. Стабилизацию напряжения реализуют ключи, собранные на полупроводниковых приборах, – тиристорах или симисторах. Назначение этих аппаратов – нормализация параметров входного тока, что позволяет защитить дорогостоящее оборудование, технику и инструмент от повреждений из-за некачественного сетевого напряжения.

Устройство и принцип работы тиристорных и симисторных стабилизаторов напряжения

В конструкцию стабилизирующих аппаратов на полупроводниковых ключах входят:

  • Входной фильтр. Предназначен для устранения помех высокой частоты и кратких скачков напряжения, негативно влияющих на работоспособность техники на электронных компонентах.
  • Схема контроля и управления. Контролирует входной сетевой ток и при его изменениях с помощью полупроводниковых ключей управляет секциями вторичной обмотки.
  • Силовой трансформатор. В его конструкции присутствует секционированная вторичная обмотка, обеспечивающая ступенчатое изменение выходных характеристик тока.
  • Силовые ключи – тиристорные или симисторные. В симисторном аппарате может присутствовать более 10 ступеней, обеспечивающих получение достаточно точных параметров тока, поступающего к потребителям.

Принцип работы трансформатора на полупроводниковых ключах:

  • При изменениях характеристик входного тока схема контроля и управления сравнивает текущие и допустимые параметры.
  • Если колебания параметров сетевого тока находятся в установленных пределах, подается сигнал на полупроводниковый ключ, который корректирует выходное напряжение.
  • При скачках входного напряжения за допустимые пределы защитная система в аварийном режиме обесточивает цепь.

В чем разница между тиристорами и симисторами

Общей характеристикой тиристоров и симисторов является тот факт, что ими управляют подачей на управляющий электрод положительного потенциала.

Различия заключаются в конструкции полупроводников.

Тиристор – однонаправленный преобразователь, в структуре которого имеются анод, катод, управляющий электрод. Симистор – полупроводниковый прибор, состоящий из двух параллельно соединенных тиристоров. Благодаря такой конструкции симисторный переключатель обладает двунаправленным действием – он может проводить ток в двух направлениях.

Преимущества и недостатки стабилизаторов тиристорного типа

Преимущества тиристорных стабилизаторов:

  • достаточно высокая скорость стабилизации – до 20 мс;
  • хороший КПД;
  • защищенность от сетевых помех;
  • значительный интервал регулирования;
  • устойчивость к перегрузам;
  • надежность, долговечность.

Минусы стабилизаторов на тиристорных ключах, ограничивающих их применение:

  • низкая эффективность при работе с реактивными потребителями;
  • значительное снижение мощности при низких напряжениях на входе;
  • высокая стоимость;
  • сложность ремонтных мероприятий;
  • форма выходного напряжения, далекая от синусоиды, что делает невозможным применение этих аппаратов для обслуживания электродвигателей.

Ступенчатая стабилизация и ее недостаточная точность ограничивают использование аппаратов для питания потребителей с особой чувствительностью к качеству электропитания.

Плюсы и минусы симисторных стабилизаторов

Для симисторных аппаратов характерны следующие преимущества:

  • хорошее быстродействие и достаточно точная коррекция;
  • высокая величина КПД;
  • малый уровень шума, что принципиально при использовании в закрытых помещениях, в которых часто находятся люди;
  • широкий допустимый интервал параметров сетевого тока на входе;
  • надежность, длительный рабочий период.

К минусам относят ступенчатую стабилизацию, форму напряжения, отличную от синусоидальной, большие габариты, меньшую стойкость к перегрузкам по току, более высокую степень нагрева по сравнению с тиристорными аналогами. Симисторные аппараты отличаются низкой стойкостью при индуктивных нагрузках.

Какой стабилизатор лучше выбрать – тиристорный/симисторный или электронно-релейный

Еще один тип электронных стабилизаторов – электронно-релейный. К таким аппаратам относятся модели серии «Каскад». При их создании использовались технологии, устраняющие недостатки тиристорных и симисторных аппаратов. Обмотки трансформатора в этих моделях переключают электронные ключи, состоящие из транзистора и реле. Они устойчивы к сетевым помехам и не провоцируют их появление.

Преимущества электронно-релейных стабилизирующих аппаратов по сравнению с тиристорными/симисторными:

  • Возможность работать с перегрузками до 1000 %, для тиристорных/симисторных моделей допустимый перегруз не превышает 40 %.
  • Синусоидальная форма напряжения на выходе.
  • Наличие оригинальной схемы коррекции параметров напряжения не в силовой, а во вторичной цепи исключает вероятность замыкания трансформаторных обмоток. В аппаратах с полупроводниковыми ключами такое замыкание может произойти при импульсных помехах и грозовых разрядах.

Стабилизаторы электронно-релейного типа относятся к наиболее надежным, поскольку они эффективно защищают промышленное оборудование, технику, инструменты от аварий в электросети, помех, грозовых разрядов, коротких замыканий.

При включении электронно-релейные аппараты серии «Каскад» анализируют параметры сети и тестируют защитные системы.

Тиристор и симистор.Способы и схемы управления

Тиристор и симистор.Способы и схемы управления

Тиристор — это переключающий полупроводниковый прибор, пропускающий ток в одном направлении. Симиcтop — полупроводниковый прибор, который широко используется в системах, питающихся переменным напряжением. Упрощенно он может рассматриваться как управляемый выключатель.

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

Определение

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

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

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

Основные характеристики              

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

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

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

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

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

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

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

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

8. Постоянное отпирающее напряжение управления (VGT или UУ).

9. Ток управления (IGT).

10. Максимальный ток управления электрода IGM.

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

Принцип работы

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

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

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

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

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

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

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

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

Распространенные схемы управления тиристорами или симисторами

Самой распространенной схемой является симисторный или тиристорный регулятор.

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

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

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

Симисторный регулятор без диодного моста позволяет управлять двумя полуволнами.

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

Интересно:

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

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

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

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

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

Заключение

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

Ранее ЭлектроВести писали, почему в современных инверторах используют транзисторы, а не тиристоры.

По материалам electrik.info

отличия, принцип работы и критерии выбора электронных стабилизирующих устройств

Автор: Александр Старченко

Эти два типа стабилизаторов напряжения относятся к электронным приборам. В них отсутствуют любые механические и электромеханические устройства. Они собраны полностью на полупроводниковых элементах, отличаются бесшумностью, высокой скоростью реакции на изменение напряжения и надёжностью. Такие стабилизаторы широко применяются в быту и на производстве.

Содержание:

  1. Принцип работы электронных стабилизаторов
  2. Тиристорный стабилизатор
  3. Симисторный стабилизатор
  4. Мощный электронный стабилизатор

Принцип работы электронных стабилизаторов

Принцип работы электронных стабилизаторов этого типа можно сравнить с принципом работы полупроводникового стабилизатора. В основе конструкции лежит использование мощного силового трансформатора. Только роль элементов переключающих его обмотки выполняют не электромагнитные реле, а мощные полупроводниковые ключи, собранные на тиристорах или симисторах.

Большое количество тиристорных стабилизаторов представлено на сайте официального партнера компании Энергия — ВольтМаркет.ру.

Если вы хотите приобрести симисторный стабилизатор, тогда посмотрите варианты на сайте компании по этой ссылке.

Поскольку все жилые дома, а также офисы и большинство общественных учреждений питаются по двухпроводной линии, состоящей из одной фазы и нуля, то для питания различных технических устройств используется однофазный тиристорный стабилизатор напряжения. Стабилизатор напряжения состоит из следующих элементов:

  • Входной фильтр напряжения сети;
  • Плата управления и контроля;
  • Трансформатор;
  • Силовые ключи;
  • Устройство индикации.

Очень часто в линиях электропитания переменного тока могут наводиться импульсные высокочастотные помехи, а так же короткие (5-15 мск) выбросы напряжения. Всё это может привести к нарушениям в работе электронной техники, поэтому напряжение на входе стабилизатора проходит через фильтр. Он собран на дросселях, выполненных на ферритовых кольцах и конденсаторах. Такой L/C фильтр препятствует проникновению на вход стабилизатора напряжения сетевых наводок.

Силовой трансформатор имеет секционированную вторичную обмотку, что позволяет менять коэффициент трансформации в ступенчатом режиме, и, следовательно, управлять величиной выходного напряжения. Однофазный симисторный стабилизатор напряжения собран по аналогичной схеме, а вся разница между этими стабилизаторами заключается в типе полупроводниковых ключей.

Плата управления и контроля постоянно анализирует величину напряжения сети и при её отклонении в любую сторону, с помощью электронных ключей переключает секции вторичной обмотки, изменяя тем самым величину напряжения на выходе стабилизатора. Переключающими элементами являются тиристоры или симисторы.

Схема симисторного стабилизатора напряжения может иметь до 15 переключаемых ступеней, что обеспечивает высокую точность установки напряжения на выходе. Для питания платы управления и контроля в схеме стабилизатора предусмотрен дополнительный трансформатор и выпрямитель.

Для удобства пользователей, стабилизаторы напряжения оборудованы светодиодной индикацией режимов работы:

  • «Сеть»;
  • «Нагрузка»;
  • «Перегрузка»;
  • «U вх. min»;
  • «U вх.max».

Кроме этого стабилизатор может иметь цифровой дисплей, на который выводятся данные о напряжении на входе, на выходе и частота сети переменного тока.

Большое количество тиристорных стабилизаторов представлено на сайте официального партнера компании Энергия — ВольтМаркет. ру.

Если вы хотите приобрести симисторный стабилизатор, тогда посмотрите варианты на сайте компании по этой ссылке.

Тиристорный стабилизатор

Тиристорный стабилизатор напряжения представляет собой трансформаторное устройство, в котором выравнивание напряжения осуществляется с помощью переключения обмоток силового трансформатора с помощью электронных ключей. Тиристор – это полупроводниковый прибор являющийся аналогом электромагнитного реле. Он имеет анод, катод и управляющий электрод.

Поскольку тиристор проводит ток только в одном направлении, то для работы в цепях переменного тока применяется встречно-параллельное соединение тиристоров. Следовательно, один ключ, подключающий часть обмотки трансформатора, будет состоять из двух тиристоров.

Тиристорный стабилизатор может обеспечить достаточно большую точность установки напряжения. Это достигается увеличением числа переключающих ступеней. Практические схемы электронных стабилизаторов на тиристорах могут обеспечить точность стабилизации порядка 3-5%.

Стабилизатор такого типа обладает следующими положительными качествами:

  • Высокая скорость стабилизации;
  • Хорошая защита от внешних помех;
  • Большой диапазон регулировки;
  • Высокая надёжность устройства.

При своих достоинствах, тиристорный стабилизатор напряжения имеет определённые недостатки, которые заметно ограничивают его сферу применения.

Большой выбор тиристорных стабилизаторов напряжения отечественного производства смотрите на сайте официального представителя компании Энергия по этой ссылке.

Отрицательные стороны:

  • Ограничение работы с реактивными нагрузками;
  • Потеря мощности при заниженных входных напряжениях;
  • Высокая стоимость;
  • Сложный ремонт.

Дело в том, что стабилизаторы напряжения собранные на тиристорах выдают на выходе форму напряжения далёкую от синусоидальной. Она может иметь форму трапеции или меандра. Питание электродвигателей от такого стабилизатора, особенно асинхронного типа, может привести к выходу мотора из строя. Существуют модели стабилизаторов, которые выдают нормальную форму напряжения на выходе, но такие устройства имеют сложную электронную схему и стоят заметно дороже. В связи с этим сфера применения данных стабилизаторов уже ограничивается, их нельзя будет использовать в качестве стабилизаторов для циркуляционных насосов в системах отопления, скважинах, и т. д.

Тиристорный стабилизатор напряжения при работе сам является источником помех, поэтому к нему не рекомендуется подключать измерительную аппаратуру высокой точности.

Симисторный стабилизатор

В этом устройстве в качестве электронных ключей, управляющих переключением секций силового трансформатора, используются симисторы. Это полупроводниковые приборы, объединяющие в одном корпусе два тиристора. Симистор, или симметричный тиристор, проводит ток в двух направлениях, поэтому силовой ключ выполнен на одном полупроводниковом приборе.

Симисторный стабилизатор напряжения имеет ряд недостатков по сравнению с тиристорными устройствами. Стабилизатор очень критичен к выбросам напряжения при работе с индуктивной нагрузкой. Вместе с тем он обеспечивает высокую точность регулирования.

Если вы хотите приобрести симисторный стабилизатор, тогда посмотрите варианты на сайте  официального представителя компании Энергия по этой ссылке.

В отличие от электромагнитных реле, симисторы переключаются за короткий промежуток времени, а отсутствие контактов и других механических элементов делает такие стабилизаторы очень надёжными. Мощные электронные ключи сильно нагреваются в процессе работы, поэтому симисторы монтируются на радиаторы, что увеличивает габариты прибора. Для лучшего охлаждения электронных компонентов симисторный стабилизатор напряжения оборудуется вентилятором.