Thyristoren sind leistungselektronische Schlüssel, die nicht vollständig angesteuert werden. In Fachbüchern finden Sie häufig einen anderen Namen für dieses Gerät - einen Thyristor mit Einzelbetrieb. Mit anderen Worten, es wird unter dem Einfluss eines Steuersignals in einen Zustand überführt - leitend. Genauer gesagt enthält es eine Sch altung. Um es auszusch alten, müssen spezielle Bedingungen geschaffen werden, die sicherstellen, dass der Gleichstrom im Stromkreis auf Null abfällt.
Eigenschaften von Thyristoren
Thyristorschlüssel leiten elektrischen Strom nur in Vorwärtsrichtung und können im geschlossenen Zustand nicht nur Vorwärts-, sondern auch Rückwärtsspannung standh alten. Die Struktur des Thyristors ist vierschichtig, es gibt drei Ausgänge:
- Anode (gekennzeichnet durch den Buchstaben A).
- Kathode (Buchstabe C oder K).
- Kontrollelektrode (U oder G).
Thyristoren haben eine ganze Familie von Strom-Spannungs-Kennlinien, sie können verwendet werden, um den Zustand des Elements zu beurteilen. Thyristoren sind sehr starke elektronische Schlüssel, sie können Stromkreise sch alten, in denen die Spannung 5000 Volt und die Stromstärke 5000 Ampere erreichen kann (während die Frequenz 1000 Hz nicht überschreitet).
Thyristorbetrieb einGleichstromkreise
Ein herkömmlicher Thyristor wird durch Anlegen eines Stromimpulses an den Steuerausgang eingesch altet. Außerdem muss es positiv sein (in Bezug auf die Kathode). Die Dauer des Einschwingvorgangs hängt von der Art der Last (induktiv, aktiv), der Amplitude und Anstiegsgeschwindigkeit des Stromimpuls-Steuerkreises, der Temperatur des Halbleiterkristalls sowie dem an den Thyristoren angelegten Strom und Spannung ab im Kreis vorhanden. Die Eigenschaften der Sch altung hängen direkt von der Art des verwendeten Halbleiterelements ab.
In dem Stromkreis, in dem sich der Thyristor befindet, ist das Auftreten einer hohen Spannungsanstiegsgeschwindigkeit nicht akzeptabel. Nämlich ein solcher Wert, bei dem das Element spontan einsch altet (auch wenn kein Signal in der Steuersch altung vorhanden ist). Gleichzeitig muss das Steuersignal aber eine sehr hohe Flankensteilheit haben.
Aussch altmöglichkeiten
Zwei Arten der Thyristorsch altung können unterschieden werden:
- Natürlich.
- Erzwungen.
Und jetzt mehr Details zu jeder Spezies. Natürlich tritt auf, wenn der Thyristor in einem Wechselstromkreis arbeitet. Darüber hinaus tritt dieses Sch alten auf, wenn der Strom auf Null abfällt. Aber um eine Zwangsumsch altung zu realisieren, kann es eine Vielzahl unterschiedlicher Möglichkeiten geben. Welche Thyristorsteuerung zu wählen ist, bleibt dem Sch altungsentwickler überlassen, aber es lohnt sich, über jeden Typ einzeln zu sprechen.
Die charakteristischste Art der erzwungenen Umsch altung ist das Verbindenein Kondensator, der mit einem Knopf (Schlüssel) vorgeladen wurde. Der LC-Kreis ist in der Thyristor-Steuersch altung enth alten. Diese Sch altung enthält einen voll aufgeladenen Kondensator. Beim Einschwingvorgang schwankt der Strom im Lastkreis.
Methoden der Zwangssch altung
Es gibt mehrere andere Arten der erzwungenen Umsch altung. Häufig wird eine Sch altung verwendet, die einen Sch altkondensator mit umgekehrter Polarität verwendet. Dieser Kondensator kann beispielsweise über eine Art Hilfsthyristor an die Sch altung angeschlossen werden. In diesem Fall tritt am Haupt- (Arbeits-) Thyristor eine Entladung auf. Dies führt dazu, dass am Kondensator der auf den Gleichstrom des Hauptthyristors gerichtete Strom dazu beiträgt, den Strom im Stromkreis auf Null zu reduzieren. Daher sch altet der Thyristor ab. Dies geschieht aus dem Grund, dass der Thyristor seine eigenen Eigenschaften hat, die nur für ihn charakteristisch sind.
Es gibt auch Schemata, bei denen LC-Ketten verbunden sind. Sie werden entladen (und mit Schwankungen). Ganz am Anfang fließt der Entladestrom zum Arbeiter, und nach dem Ausgleich ihrer Werte wird der Thyristor ausgesch altet. Danach fließt der Strom von der Schwingkette durch den Thyristor in eine Halbleiterdiode. In diesem Fall wird, während Strom fließt, eine bestimmte Spannung an den Thyristor angelegt. Sie ist modulo gleich dem Spannungsabfall an der Diode.
Thyristorbetrieb in Wechselstromkreisen
Wenn der Thyristor in den Wechselstromkreis eingebunden ist, ist dies möglichOperationen:
- Einen Stromkreis mit aktiv-ohmscher oder ohmscher Last ein- oder aussch alten.
- Ändern Sie den Durchschnitts- und Effektivwert des Stroms, der durch die Last fließt, dank der Möglichkeit, das Moment des Steuersignals einzustellen.
Thyristorschlüssel haben eine Eigenschaft - sie leiten Strom nur in eine Richtung. Wenn Sie sie daher in Wechselstromkreisen verwenden müssen, müssen Sie eine Back-to-Back-Verbindung verwenden. Die effektiven und mittleren Stromwerte können sich ändern, da der Moment, in dem das Signal an die Thyristoren angelegt wird, unterschiedlich ist. In diesem Fall muss die Thyristorleistung den Mindestanforderungen genügen.
Phasensteuerungsverfahren
Bei der erzwungenen Phasensteuerungsmethode wird die Last eingestellt, indem die Winkel zwischen den Phasen geändert werden. Künstliches Sch alten kann mit speziellen Sch altungen durchgeführt werden, oder es müssen vollgesteuerte (verriegelbare) Thyristoren verwendet werden. Auf ihrer Basis wird in der Regel ein Thyristor-Ladegerät hergestellt, mit dem Sie die Stromstärke je nach Ladezustand der Batterie einstellen können.
Pulsbreitensteuerung
Sie nennen es auch PWM-Modulation. Während des Öffnens der Thyristoren wird ein Steuersignal gegeben. Die Übergänge sind offen und es liegt etwas Spannung über der Last an. Während des Schließens (während des gesamten Einschwingvorgangs) liegt kein Steuersignal an, die Thyristoren führen also keinen Strom. Bei der UmsetzungPhasenanschnittstromkurve nicht sinusförmig ist, gibt es eine Änderung in der Wellenform der Versorgungsspannung. Folglich liegt auch eine Verletzung der Arbeit von Verbrauchern vor, die empfindlich auf hochfrequente Störungen reagieren (Inkompatibilität erscheint). Ein Thyristorregler hat ein einfaches Design, mit dem Sie den erforderlichen Wert problemlos ändern können. Und Sie müssen keine massiven LATRs verwenden.
Thyristoren sperrbar
Thyristoren sind sehr leistungsfähige elektronische Sch alter zum Sch alten hoher Spannungen und Ströme. Aber sie haben einen großen Nachteil – das Management ist unvollständig. Dies äußert sich insbesondere darin, dass zum Absch alten des Thyristors Bedingungen geschaffen werden müssen, unter denen der Gleichstrom auf Null abfällt.
Es ist diese Eigenschaft, die der Verwendung von Thyristoren einige Einschränkungen auferlegt und auch darauf basierende Sch altungen verkompliziert. Um solche Mängel zu beseitigen, wurden spezielle Konstruktionen von Thyristoren entwickelt, die durch ein Signal entlang einer Steuerelektrode gesperrt werden. Sie werden Dualbetrieb- oder verriegelbare Thyristoren genannt.
Abschließbare Thyristorausführung
Die vierschichtige p-p-p-p-Struktur von Thyristoren hat ihre eigenen Eigenschaften. Sie unterscheiden sich von herkömmlichen Thyristoren. Jetzt sprechen wir über die volle Steuerbarkeit des Elements. Die Strom-Spannungs-Kennlinie (statisch) in Durchlassrichtung entspricht der einfacher Thyristoren. Das ist nur ein Gleichstromthyristor, der einen viel größeren Wert passieren kann. Aberdie Funktion zum Blockieren großer Sperrspannungen für sperrbare Thyristoren ist nicht vorgesehen. Daher ist es notwendig, es Rücken an Rücken mit einer Halbleiterdiode zu verbinden.
Ein charakteristisches Merkmal eines sperrbaren Thyristors ist ein deutlicher Abfall der Flussspannungen. Zur Absch altung sollte am Steuerausgang ein kräftiger Stromimpuls (negativ, im Verhältnis 1:5 zum Gleichstromwert) angelegt werden. Aber nur die Impulsdauer sollte so kurz wie möglich sein - 10 … 100 μs. Sperrbare Thyristoren haben eine niedrigere Grenzspannung und einen niedrigeren Strom als herkömmliche. Der Unterschied beträgt ca. 25-30 %.
Typen von Thyristoren
Die abschließbaren wurden oben besprochen, aber es gibt noch viele weitere Arten von Halbleiterthyristoren, die ebenfalls erwähnenswert sind. Eine Vielzahl von Konstruktionen (Ladegeräte, Sch alter, Leistungsregler) verwenden bestimmte Arten von Thyristoren. Irgendwo ist es erforderlich, dass die Steuerung durch Zufuhr eines Lichtstroms durchgeführt wird, was bedeutet, dass ein Optothyristor verwendet wird. Seine Besonderheit liegt darin, dass die Steuersch altung einen lichtempfindlichen Halbleiterkristall verwendet. Die Parameter von Thyristoren sind unterschiedlich, alle haben ihre eigenen Eigenschaften, die nur für sie charakteristisch sind. Daher ist es notwendig, zumindest allgemein zu verstehen, welche Arten dieser Halbleiter es gibt und wo sie eingesetzt werden können. Also, hier ist die ganze Liste und die Hauptmerkmale jedes Typs:
- Dioden-Thyristor. Das Äquivalent dieses Elements ist ein Thyristor, zu dem es antiparallel gesch altet istHalbleiterdiode.
- Dinistor (Diodenthyristor). Es kann vollständig leitend werden, wenn ein bestimmter Spannungspegel überschritten wird.
- Triac (symmetrischer Thyristor). Sein Äquivalent sind zwei antiparallel gesch altete Thyristoren.
- Der High-Speed-Inverter-Thyristor hat eine hohe Sch altgeschwindigkeit (5… 50 µs).
- Feldtransistorgesteuerte Thyristoren. Sie können oft Designs finden, die auf MOSFETs basieren.
- Optische Thyristoren, die durch Lichtströme gesteuert werden.
Elementschutz implementieren
Thyristoren sind Geräte, die für die Anstiegsgeschwindigkeiten von Durchlassstrom und Durchlassspannung entscheidend sind. Sie sind wie Halbleiterdioden durch ein Phänomen wie das Fließen von Sperrverzögerungsströmen gekennzeichnet, die sehr schnell und stark auf Null abfallen, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Überspannung erhöht wird. Diese Überspannung ist eine Folge der Tatsache, dass der Strom in allen Sch altungselementen, die Induktivitäten aufweisen (sogar ultraniedrige Induktivitäten, die typisch für die Installation sind – Drähte, Leiterbahnen), abrupt stoppt. Um den Schutz zu implementieren, müssen verschiedene Schemata verwendet werden, mit denen Sie sich in dynamischen Betriebsmodi vor hohen Spannungen und Strömen schützen können.
In der Regel hat der induktive Widerstand der Spannungsquelle, die in den Stromkreis eines funktionierenden Thyristors eintritt, einen solchen Wert, dass er mehr als ausreicht, um keinen zusätzlichen zu berücksichtigenInduktivität. Aus diesem Grund wird in der Praxis häufiger eine Sch altpfadbildungskette verwendet, die die Geschwindigkeit und Höhe der Überspannung im Stromkreis beim Absch alten des Thyristors erheblich reduziert. Am häufigsten werden hierfür kapazitiv-resistive Sch altungen verwendet. Sie sind parallel zum Thyristor gesch altet. Es gibt einige Arten von Sch altungsmodifikationen solcher Sch altungen sowie Methoden zu ihrer Berechnung, Parameter für den Betrieb von Thyristoren in verschiedenen Modi und Bedingungen. Die Sch altung zur Bildung der Sch altkurve des sperrbaren Thyristors ist jedoch die gleiche wie bei Transistoren.
