Методи на тиристорна комутация в силовата електроника

Опитайте Нашия Инструмент За Премахване На Проблемите





Повечето от преобразувателно оборудване и използване на захранващи устройства в режим на превключване силова електроника компоненти като тиристори, MOSFET и други мощни полупроводникови устройства за високочестотни комутационни операции при високи мощности. Помислете за тиристорите, които използваме много често като бистабилни превключватели в няколко приложения. Тези тиристори използват превключватели, които трябва да се включват и изключват. За включване на тиристорите има някои методи за включване на тиристори, наречени методи за задействане на тиристори. По същия начин за изключване на тиристори има методи, наречени тиристорни комутационни методи или техники. Преди да обсъдим техниките за комутация на тиристори, трябва да знаем нещо за основите на тиристора, като тиристор, тиристорна работа, различни видове тиристори и методи за включване на тиристора.

Какво е тиристор?

Два до четири оловни полупроводникови устройства, състоящи се от четири слоя от редуващи се материали от тип N и P, се наричат ​​тиристори. Те обикновено се използват като бистабилни превключватели, които ще провеждат само когато затворът на затвора на тиристора е задействан. Тиристорът се нарича още силициев контролиран токоизправител или SCR.




Тиристор

Тиристор

Какво представлява комутацията на SCR?

Комутацията не е нищо друго освен методът за изключване на SCR. Това е един метод, използван за превръщане на SCR или тиристор от състояние ON в състояние OFF. Ние знаем, че SCR може да се активира чрез използване на сигнал на порта към SCR, когато е в пристрастие за пренасочване. Но SCR трябва да се изключи, когато е необходимо за контрол на мощността, в противен случай кондициониране на захранването.



Комутационна схема за SCR

Комутационна схема за SCR

Когато SCR се движи в режим на пренасочване, тогава терминалът на портата губи контрол. За това трябва да се използва някаква допълнителна схема за изключване на тиристора / SCR. И така, тази допълнителна верига се нарича комутационна верига.

Така че този термин се използва главно за прехвърляне на тока от един ане в друг. Комутационната схема намалява предимно тока до нула, за да изключи тиристора. Така че, следващите условия трябва да бъдат изпълнени, за да изключите тиристора, след като той е провеждащ.

  • Предният ток на тиристора или SCR трябва да бъде намален до нула, иначе под нивото на задържащия ток.
  • Трябва да се осигури достатъчно обратно напрежение през SCR / тиристора, за да се възстанови състоянието му на блокиране напред.

След като SCR бъде изключен чрез намаляване на тока до нула, тогава в различните слоеве има излишни носители на заряд. За да се възстанови състоянието на блокиране напред на тиристора, тези излишни носители на заряд трябва да бъдат рекомбинирани. И така, този метод на рекомбинация може да се ускори чрез прилагане на обратно напрежение през тиристора.


Методи на тиристорна комутация

Както проучихме по-горе, тиристорът може да се включи чрез задействане на портален терминал с краткотраен импулс с ниско напрежение. Но след включване той ще продължи да работи непрекъснато, докато тиристорът не бъде обърнат обратно или токът на товара падне до нула. Това непрекъснато провеждане на тиристори създава проблеми в някои приложения. Процесът, използван за изключване на тиристор, се нарича комутация. В процеса на комутация режимът на работа на тиристора се променя от режим на водене напред към режим на блокиране напред. И така, методите за тиристорна комутация или техниките за тиристорна комутация се използват за изключване.

Техниките за комутация на тиристори са класифицирани в два типа:

  • Естествена комутация
  • Принудителна комутация

Естествена комутация

Като цяло, ако разгледаме захранването с променлив ток, токът ще тече през линията на пресичане на нулата, докато преминава от положителен пик към отрицателен пик. По този начин на устройството едновременно ще се появи обратно напрежение, което незабавно ще изключи тиристора. Този процес се нарича естествена комутация, тъй като тиристорът се изключва естествено, без да се използват външни компоненти или верига или захранване за целите на комутация.

Естествена комутация може да се наблюдава в регулатори на променливотоково напрежение, фазово управляеми токоизправители и циклопреобразователи.

Принудителна комутация

Тиристорът може да се изключи чрез обратно пристрастие на SCR или чрез използване на активни или пасивни компоненти. Тиристорният ток може да бъде намален до стойност под стойността на задържащия ток. Тъй като тиристорът е изключен принудително, той се нарича процес на принудителна комутация. The основна електроника и електрически компоненти като индуктивност и капацитет се използват като комутиращи елементи за комутационни цели.

Принудителна комутация може да се наблюдава при използване на DC захранване, поради което се нарича още DC комутация. Външната верига, използвана за процеса на принудителна комутация, се нарича комутационна верига, а елементите, използвани в тази схема, се наричат ​​комутиращи елементи.

Класификация на методите за принудителна комутация

Тук класификацията на методите за комутация на тиристори е обсъдена по-долу. Класификацията му се извършва главно в зависимост от това дали импулсът на комутация е токов импулс на импулс на напрежение, дали е свързан последователно / паралелно през SCR, за да се комутира, дали сигналът се подава през спомагателен или главен тиристор, дали веригата на комутация се зарежда от спомагателен или основен източник. Класификацията на инверторите може да се извърши главно въз основа на местоположението на комутационните сигнали. Принудителната комутация може да бъде класифицирана по различни методи, както следва:

  • Клас A: Самокомутиран от резониращ товар
  • Клас B: Самокомутиран от LC верига
  • Клас C: Cor L-C, превключен от друг SCR за носене на товар
  • Клас D: C или L-C, превключени от спомагателен SCR
  • Клас E: Външен импулсен източник за комутация
  • Клас F: Комутация на променлив ток

Клас А: Самокомутирани от резониращ товар

Клас А е една от често използваните техники за комутация на тиристори. Ако тиристорът се задейства или включи, тогава анодният ток ще тече чрез зареждане кондензатор C с точка като положителна. Под-амортизираната верига от втори ред се формира от индуктор или AC резистор , кондензатор и резистор. Ако токът се натрупва чрез SCR и завърши полуцикъла, тогава индуктивният ток ще тече през SCR в обратна посока, което ще изключи тиристора.

Метод на тиристорна комутация от клас А

Метод на тиристорна комутация от клас А

След комутацията на тиристора или изключването на тиристора кондензаторът ще започне да се разрежда от своята пикова стойност през резистора по експоненциален начин. Тиристорът ще бъде в състояние на обратното отклонение, докато напрежението на кондензатора се върне на нивото на захранващото напрежение.

Клас B: Самокомутирани от L-C верига

Основната разлика между методите за комутация на тиристори от клас A и клас B е, че LC е свързан последователно с тиристор от клас A, докато паралелно с тиристора от клас B. Преди задействане на SCR, кондензаторът се зарежда (точката показва положителен). Ако SCR се задейства или им се даде задействащ импулс, тогава полученият ток има два компонента.

Метод на тиристорна комутация от клас B

Метод на тиристорна комутация от клас B

Постоянният ток на натоварване, протичащ през R-L товара, се осигурява от голямото съпротивление, свързано последователно с товара, който е затегнат с диод с свободно движение. Ако синусоидалният ток протича през резонансната L-C верига, тогава кондензаторът C се зарежда с точка като отрицателна в края на полуцикъла.

Общият ток, протичащ през SCR, става нула, като обратният ток, протичащ през SCR, се противопоставя на тока на натоварване за малка част от отрицателното люлеене. Ако токът на резонансната верига или обратният ток стане малко по-голям от тока на натоварване, тогава SCR ще бъде изключен.

Клас C: C или L-C Превключва се от друг SCR, носещ товар

В горните методи за комутация на тиристори, ние наблюдавахме само един SCR, но в тези техники за комутация на клас C на тиристора ще има два SCR. Единият SCR се счита за основен тиристор, а другият като спомагателен тиристор. В тази класификация и двете могат да действат като основни SCR, носещи ток на натоварване и могат да бъдат проектирани с четири SCR с товар през кондензатора, като се използва източник на ток за захранване на интегрален преобразувател.

Метод на тиристорна комутация от клас С

Метод на тиристорна комутация от клас С

Ако тиристорът Т2 се задейства, кондензаторът ще се зареди. Ако тиристорът Т1 се задейства, тогава кондензаторът ще се разреди и този разряден ток на С ще се противопостави на потока на натоварващия ток в Т2, когато кондензаторът се превключва през Т2 през Т1.

Клас D: L-C или C Превключва се от спомагателен SCR

Методите за комутация на тиристори от клас C и клас D могат да бъдат диференцирани с тока на натоварване в клас D: само един от SCR ще носи тока на натоварване, докато другият действа като спомагателен тиристор, докато в клас C и двата SCR ще носят ток на натоварване. Спомагателният тиристор се състои от резистор в своя анод, който има съпротивление приблизително десет пъти съпротивлението на натоварване.

Клас D Тип

Клас D Тип

Чрез задействане на Ta (спомагателен тиристор) кондензаторът се зарежда до захранващо напрежение и тогава Ta ще се изключи. Допълнителното напрежение, ако има такова, поради значителна индуктивност във входните линии ще се разреди през веригата на диод-индуктор-товар.

Ако се задейства Tm (основният тиристор), токът ще тече по два пътя: комутиращият ток ще тече през пътя C-Tm-L-D и токът на товара ще тече през товара. Ако зарядът на кондензатора се обърне и задържи на това ниво с помощта на диода и ако Ta се задейства отново, тогава напрежението в кондензатора ще се появи през Tm през Ta. По този начин основният тиристор Tm ще бъде изключен.

Клас E: Външен импулсен източник за комутация

За техниките за комутация на тиристори от клас E трансформаторът не може да се насити (тъй като има достатъчно желязо и въздушна междина) и е способен да носи тока на товара с малък спад на напрежението в сравнение с захранващото напрежение. Ако тиристорът Т се задейства, токът ще тече през товарния и импулсен трансформатор.

Клас Е Тип

Клас Е Тип

Външен генератор на импулси се използва за генериране на положителен импулс, който се подава към катода на тиристора чрез импулсен трансформатор. Кондензаторът С се зарежда до около 1v и се счита, че има нулев импеданс за продължителността на изключващия импулс. Напрежението в тиристора се обръща от импулса от електрически трансформатор който захранва обратния възстановителен ток и за необходимото време за изключване задържа отрицателното напрежение.

Клас F: AC линия на комутация

В техниките за комутация на тиристори от клас F се използва променливо напрежение за захранване и по време на положителния полуцикъл на това захранване токът на товара ще тече. Ако натоварването е силно индуктивно, токът ще остане, докато енергията, съхранявана в индуктивния товар, се разсее. По време на отрицателния полупериод, когато токът на натоварване стане нула, тогава тиристорът ще се изключи. Ако напрежението съществува за период от номиналното време за изключване на устройството, тогава отрицателната полярност на напрежението в изходящия тиристор ще го изключи.

Клас F Тип

Клас F Тип

Тук продължителността на полуцикъла трябва да бъде по-голяма от времето на изключване на тиристора. Този процес на комутация е подобен на концепцията за трифазен преобразувател. Нека разгледаме, предимно T1 и T11 провеждат с ъгъл на задействане на преобразувателя, който е равен на 60 градуса и работи в режим на непрекъсната проводимост със силно индуктивен товар.

Ако се задействат тиристорите T2 и T22, тогава моментално токът през входящите устройства няма да се повиши до нивото на тока на натоварване. Ако токът през входящите тиристори достигне нивото на тока на натоварване, тогава ще започне процесът на комутация на изходящите тиристори. Това напрежение на обратното отклонение на тиристора трябва да продължи, докато се достигне състоянието на блокиране напред.

Тиристорни комутационни методи Неуспех

Неизправността на комутацията на тиристора се случва главно, защото те са комутирани по линия и спадът на напрежението може да доведе до неадекватно напрежение за комутация, така че причинява неизправност, след като следващият тиристор се включи. Така че неуспехът в комутацията възниква поради няколко причини, някои от които са разгледани по-долу.
Тиристорите осигуряват доста бавно време за обратно възстановяване, така че основният обратен ток може да подава при пренасочване на проводимостта. Това може да означава „ток на повреда“, който се появява по цикличен начин от свързаното разсейване на мощността, което се появява при отказ на SCR.

В електрическа верига комутацията е основно след като текущият поток преминава от един клон на веригата в друг. Неуспех в комутацията възниква главно, когато промяната в пътя се провали поради някаква причина.
За инвертор или токоизправителна верига, която използва SCR, може да се случи повреда в комутацията поради две основни причини.

Ако тиристорът не успее да се включи, тогава потокът на тока няма да се включи и методът на комутация ще бъде кратък. По същия начин, ако тиристорът не успее да се изключи, тогава потокът на тока може отчасти да комутира към следващия клон. Така че това също се счита за провал.

Разлика между техниките за естествена комутация и принудителна комутация

Разликите между естествената комутация и принудителната комутация са разгледани по-долу.

Естествена комутация

Принудителна комутация

Естествената комутация използва променливо напрежение на входаПринудителната комутация използва постояннотоково напрежение на входа
Не използва външни компонентиТой използва външни компоненти
Този вид комутация се използва в контролера на променливотоково напрежение и контролираните токоизправители.Използва се в инвертори и хеликоптери.
SCR или тиристорът ще се деактивират поради отрицателно захранващо напрежениеSCR или тиристорът ще се деактивират поради напрежението и тока,
По време на комутация няма загуба на мощностПо време на комутация настъпва загуба на мощност
Без разходиЗначителни разходи

Тиристорът може просто да се нарече контролиран токоизправител. Има различни видове тиристори, които се използват за проектиране на силова електроника иновативни електрически проекти . Процесът на включване на тиристора чрез подаване на задействащи импулси към терминала на портата се нарича задействане. По същия начин процесът на изключване на тиристора се нарича комутация. Надявам се тази статия да дава кратка информация за различните техники на комутация на тиристора. Ще бъде предоставена допълнителна техническа помощ въз основа на вашите коментари и запитвания в раздела за коментари по-долу.