Большинство из преобразовательное оборудование и импульсные источники питания используют силовая электроника такие компоненты, как тиристоры, полевые МОП-транзисторы и другие силовые полупроводниковые устройства для высокочастотных операций переключения при высоких номинальных мощностях. Рассмотрим тиристоры, которые мы очень часто используем в качестве бистабильных переключателей в нескольких приложениях. В этих тиристорах используются переключатели, которые необходимо включать и выключать. Для включения тиристоров существуют методы включения тиристоров, называемые методами срабатывания тиристоров. Точно так же для отключения тиристоров существуют методы, называемые методами или методами коммутации тиристоров. Прежде чем обсуждать методы коммутации тиристоров, мы должны кое-что узнать об основах тиристоров, таких как тиристор, работа тиристора, различные типы тиристоров и способы включения тиристоров.
Что такое тиристор?
Полупроводниковые устройства с двумя или четырьмя выводами, состоящие из четырех слоев чередующихся материалов N- и P-типа, называются тиристорами. Обычно они используются как бистабильные переключатели, которые работают только при срабатывании затвора тиристора. Тиристор также называют кремниевым выпрямителем или тиристором.
Тиристор
Что такое коммутация SCR?
Коммутация - это не что иное, как метод выключения SCR. Это один из способов перевода тиристора или тиристора из состояния ВКЛ в состояние ВЫКЛ. Мы знаем, что SCR может быть активирован с помощью стробирующего сигнала в направлении SCR, когда он находится в смещении пересылки. Но SCR должен отключаться, когда это необходимо для управления мощностью, в противном случае - стабилизации мощности.
Схема коммутации для SCR
Когда SCR движется в режиме переадресации проводимости, его вывод затвора теряет управление. Для этого необходимо использовать дополнительную цепь для отключения тиристора / тиристора. Итак, эта дополнительная схема называется схемой коммутации.
Таким образом, этот термин в основном используется для передачи тока от одной антенны к другой. Схема коммутации в основном снижает прямой ток до нуля, чтобы выключить тиристор. Итак, следующие условия должны быть выполнены для выключения тиристора после его открытия.
- Прямой ток тиристора или тиристора должен быть уменьшен до нуля в противном случае ниже уровня тока удержания.
- На тиристор / тиристор должно быть подано достаточное обратное напряжение, чтобы восстановить его состояние прямой блокировки.
Как только SCR выключается путем уменьшения прямого тока до нуля, в разных слоях появляются избыточные носители заряда. Чтобы восстановить состояние прямой блокировки тиристора, эти избыточные носители заряда должны быть повторно объединены. Таким образом, этот метод рекомбинации можно ускорить за счет подачи на тиристор обратного напряжения.
Методы коммутации тиристоров
Как мы уже изучили выше, тиристор можно включить, запустив вывод затвора коротким импульсом низкого напряжения. Но после включения он будет работать непрерывно, пока тиристор не будет смещен в обратном направлении или ток нагрузки не упадет до нуля. Эта непрерывная проводимость тиристоров вызывает проблемы в некоторых приложениях. Процесс выключения тиристора называется коммутацией. В процессе коммутации режим работы тиристора изменяется с режима прямой проводки на режим прямой блокировки. Итак, для отключения используются методы коммутации тиристоров или методы коммутации тиристоров.
Способы коммутации тиристоров подразделяются на два типа:
- Естественная коммутация
- Принудительная коммутация
Естественная коммутация
Как правило, если рассматривать источник переменного тока, ток будет проходить через линию пересечения нуля, переходя от положительного пика к отрицательному. Таким образом, одновременно на приборе появится обратное напряжение, которое немедленно выключит тиристор. Этот процесс называется естественной коммутацией, так как тиристор отключается естественным образом без использования каких-либо внешних компонентов, цепи или источника питания для коммутации.
Естественная коммутация наблюдается в контроллерах переменного напряжения, выпрямителях с фазным управлением и циклоконвертерах.
Принудительная коммутация
Тиристор можно выключить обратным смещением тиристора или активными или пассивными компонентами. Ток тиристора можно уменьшить до значения ниже значения тока удержания. Поскольку тиристор выключается принудительно, это называется процессом принудительной коммутации. В базовая электроника и электрические компоненты такие как индуктивность и емкость, используются в качестве коммутирующих элементов для целей коммутации.
При использовании источника постоянного тока может наблюдаться принудительная коммутация, поэтому ее также называют коммутацией постоянного тока. Внешняя цепь, используемая для процесса принудительной коммутации, называется коммутационной схемой, а элементы, используемые в этой схеме, называются коммутирующими элементами.
Классификация методов принудительной коммутации
Здесь ниже обсуждается классификация методов коммутации тиристоров. Его классификация в основном выполняется в зависимости от того, является ли импульс коммутации импульсом тока или импульсом напряжения, подключен ли он последовательно / параллельно через тиристор для коммутации, подается ли сигнал через вспомогательный или основной тиристор, независимо от того, Схема коммутации заряжается от вспомогательного или основного источника. Классификация инверторов в основном может быть сделана на основании расположения сигналов коммутации. Принудительную коммутацию можно разделить на следующие методы:
- Класс A: самокоммутируется под действием резонансной нагрузки
- Класс B: самокоммутируется цепью LC
- Класс C: Cor L-C переключается другим несущим SCR
- Класс D: C или L-C переключаются вспомогательным тиристором
- Класс E: внешний источник импульсов для коммутации
- Класс F: коммутация линии переменного тока
Класс A: самокоммутация под действием резонансной нагрузки
Класс A - один из часто используемых методов коммутации тиристоров. Если тиристор сработал или включен, то анодный ток будет протекать за счет зарядки конденсатор C с точкой как положительное. Недемпфированная цепь второго порядка образована индуктор или резистор переменного тока , конденсатор и резистор. Если ток нарастает через SCR и завершает полупериод, то ток индуктора будет течь через SCR в обратном направлении, что отключит тиристор.
Метод коммутации тиристоров класса А
После коммутации тиристора или выключения тиристора конденсатор начнет экспоненциально разряжаться от своего пикового значения через резистор. Тиристор будет находиться в состоянии обратного смещения, пока напряжение конденсатора не вернется к уровню напряжения питания.
Класс B: Самостоятельная коммутация по цепи L-C
Основное различие между методами коммутации тиристоров класса A и класса B состоит в том, что LC соединен последовательно с тиристором в классе A, тогда как параллельно тиристору в классе B. Перед срабатыванием SCR конденсатор заряжается (точка указывает положительный). Если SCR запускается или получает импульс запуска, то результирующий ток имеет две составляющие.
Метод коммутации тиристоров класса B
Постоянный ток нагрузки, протекающий через нагрузку R-L, обеспечивается большим реактивным сопротивлением, подключенным последовательно с нагрузкой, которая ограничивается диодом свободного хода. Если синусоидальный ток течет через резонансный контур L-C, то конденсатор C заряжается отрицательной точкой в конце полупериода.
Полный ток, протекающий через SCR, становится равным нулю, при этом обратный ток, протекающий через SCR, противодействует току нагрузки для небольшой части отрицательного размаха. Если ток резонансной цепи или обратный ток становится немного больше, чем ток нагрузки, то SCR будет выключен.
Класс C: C или L-C переключается другим SCR, несущим нагрузку
В описанных выше методах коммутации тиристоров мы наблюдали только один тиристор, но в этих методах коммутации тиристоров класса C будет два тиристора. Один SCR считается основным тиристором, а другой - вспомогательным тиристором. В этой классификации оба могут действовать как основные тиристоры, несущие ток нагрузки, и они могут быть спроектированы с четырьмя тиристорами с нагрузкой на конденсаторе с использованием источника тока для питания интегрального преобразователя.
Метод коммутации тиристоров класса C
Если сработал тиристор Т2, то конденсатор будет заряжаться. Если тиристор T1 срабатывает, тогда конденсатор разряжается, и этот разрядный ток C будет противодействовать потоку тока нагрузки в T2, поскольку конденсатор переключается на T2 через T1.
Класс D: L-C или C переключаются вспомогательным SCR
Методы коммутации тиристоров класса C и класса D можно различать по току нагрузки в классе D: только один из тиристоров будет пропускать ток нагрузки, а другой действует как вспомогательный тиристор, тогда как в классе C оба тиристора будут пропускать ток нагрузки. Вспомогательный тиристор состоит из резистора на аноде, сопротивление которого примерно в десять раз превышает сопротивление нагрузки.
Тип класса D
При срабатывании Ta (вспомогательного тиристора) конденсатор заряжается до напряжения питания, а затем Ta выключается. Дополнительное напряжение, если оно есть, из-за значительной индуктивности во входных линиях, будет разряжаться через цепь диод-индуктор-нагрузка.
Если срабатывает Tm (главный тиристор), то ток будет течь по двум путям: коммутирующий ток будет течь по пути C-Tm-L-D, а ток нагрузки будет течь через нагрузку. Если заряд на конденсаторе реверсируется и удерживается на этом уровне с помощью диода, и если Ta повторно запускается, тогда напряжение на конденсаторе появится на Tm через Ta. Таким образом, основной тиристор Tm будет выключен.
Класс E: внешний источник импульсов для коммутации
Для методов коммутации тиристоров класса E трансформатор не может насыщаться (так как у него достаточно железа и воздушного зазора) и способен выдерживать ток нагрузки с небольшим падением напряжения по сравнению с напряжением питания. Если тиристор Т срабатывает, то ток будет протекать через нагрузку и импульсный трансформатор.
Тип класса E
Внешний генератор импульсов используется для генерации положительного импульса, который подается на катод тиристора через импульсный трансформатор. Конденсатор C заряжен примерно до 1 В, и считается, что он имеет нулевой импеданс на время импульса выключения. Напряжение на тиристоре инвертируется импульсом от электрический трансформатор который обеспечивает ток обратного восстановления и в течение необходимого времени выключения удерживает отрицательное напряжение.
Класс F: линия переменного тока с коммутацией
В методах коммутации тиристоров класса F для питания используется переменное напряжение, и в течение положительного полупериода этого источника питания будет течь ток нагрузки. Если нагрузка сильно индуктивна, то ток будет оставаться до тех пор, пока энергия, накопленная в индуктивной нагрузке, не рассеется. Во время отрицательного полупериода, когда ток нагрузки становится равным нулю, тиристор выключается. Если напряжение присутствует в течение номинального времени выключения устройства, то отрицательная полярность напряжения на выходном тиристоре выключит его.
Тип класса F
Здесь продолжительность полупериода должна быть больше времени выключения тиристора. Этот процесс коммутации аналогичен концепции трехфазного преобразователя. Рассмотрим, в первую очередь, Т1 и Т11 проводят с углом срабатывания преобразователя, равным 60 градусам, и работают в режиме постоянной проводимости с высокоиндуктивной нагрузкой.
Если тиристоры Т2 и Т22 срабатывают, то мгновенно ток через входящие устройства не поднимется до уровня тока нагрузки. Если ток через входящие тиристоры достигнет уровня тока нагрузки, то начнется процесс коммутации выходных тиристоров. Это обратное напряжение смещения тиристора должно продолжаться до тех пор, пока не будет достигнуто состояние прямой блокировки.
Отказ методов коммутации тиристоров
Отказ коммутации тиристоров в основном происходит из-за того, что они коммутируются по линии, и падение напряжения может привести к недостаточному напряжению для коммутации, поэтому вызывает неисправность, как только следующий тиристор загорается. Таким образом, отказ коммутации происходит по нескольким причинам, некоторые из которых обсуждаются ниже.
Тиристоры обеспечивают довольно длительное время обратного восстановления, поэтому основной обратный ток может иметь прямую проводимость. Это может означать «ток короткого замыкания», который появляется циклически из-за соответствующего рассеяния мощности, появляющегося при отказе SCR.
В электрической цепи коммутация в основном происходит, когда ток течет от одной ветви схемы к другой. Отказ коммутации в основном происходит, когда изменение пути не удается по какой-либо причине.
Для инвертора или выпрямительной схемы, в которых используются тиристоры, отказ коммутации может произойти по двум основным причинам.
Если тиристор не включается, ток не переключается и метод коммутации не работает. Точно так же, если тиристор не успевает отключиться, то ток может частично переключиться в сторону следующей ветви. Так что это тоже считается неудачей.
Разница между естественной коммутацией и методами принудительной коммутации
Различия между естественной коммутацией и принудительной коммутацией обсуждаются ниже.
| Естественная коммутация | Принудительная коммутация |
| При естественной коммутации на входе используется переменное напряжение. | Принудительная коммутация использует на входе постоянное напряжение. |
| Не использует внешние компоненты | Использует внешние компоненты |
| Такой вид коммутации используется в контроллерах переменного напряжения и управляемых выпрямителях. | Он используется в инверторах и прерывателях. |
| SCR или тиристор отключатся из-за отрицательного напряжения питания | SCR или тиристор отключатся из-за напряжения и тока, |
| Во время коммутации нет потери мощности | Во время коммутации происходит потеря мощности |
| Бесплатно | Значительная стоимость |
Тиристор можно просто назвать управляемым выпрямителем. Существуют разные типы тиристоров, которые используются для проектирования силовой электроники. инновационные электрические проекты . Процесс включения тиристора путем подачи импульсов запуска на вывод затвора называется запуском. Точно так же процесс выключения тиристора называется коммутацией. Надеюсь, эта статья дает краткую информацию о различных методах коммутации тиристора. Дальнейшая техническая помощь будет предоставлена на основе ваших комментариев и запросов в разделе комментариев ниже.
