Tiristori ir jaudas elektroniskās atslēgas, kuras netiek pilnībā kontrolētas. Bieži vien tehniskajās grāmatās šai ierīcei var redzēt citu nosaukumu - vienas darbības tiristoru. Citiem vārdiem sakot, vadības signāla ietekmē tas tiek pārnests uz vienu stāvokli - vadošu. Precīzāk, tas ietver ķēdi. Lai to izslēgtu, ir jārada īpaši apstākļi, kas nodrošina, ka līdzstrāva ķēdē samazinās līdz nullei.
Tiristoru īpašības
Tiristora taustiņi vada elektrisko strāvu tikai uz priekšu, un slēgtā stāvoklī tā var izturēt ne tikai uz priekšu, bet arī pretējo spriegumu. Tiristora struktūra ir četrslāņu, ir trīs izejas:
- Anods (apzīmēts ar burtu A).
- Katods (burts C vai K).
- Vadības elektrods (U vai G).
Tiristoriem ir vesela strāvas-sprieguma raksturlielumu saime, tos var izmantot, lai spriestu par elementa stāvokli. Tiristori ir ļoti jaudīgas elektroniskās atslēgas, tie spēj pārslēgt ķēdes, kurās spriegums var sasniegt 5000 voltus un strāvas stiprums - 5000 ampērus (kamēr frekvence nepārsniedz 1000 Hz).
Tiristora darbība iekšāLīdzstrāvas ķēdes
Parastais tiristoru ieslēdz, ievadot vadības izvadei strāvas impulsu. Turklāt tam jābūt pozitīvam (attiecībā uz katodu). Pārejas procesa ilgums ir atkarīgs no slodzes rakstura (induktīvs, aktīvs), strāvas impulsa vadības ķēdes amplitūdas un pieauguma ātruma, pusvadītāju kristāla temperatūras, kā arī no tiristoriem pievadītās strāvas un sprieguma. pieejams ķēdē. Ķēdes raksturlielumi ir tieši atkarīgi no izmantotā pusvadītāja elementa veida.
Ķēdē, kurā atrodas tiristors, liela sprieguma pieauguma rašanās ir nepieņemama. Proti, tāda vērtība, pie kuras elements spontāni ieslēdzas (pat ja vadības ķēdē nav signāla). Taču tajā pašā laikā vadības signālam ir jābūt ar ļoti lielu slīpumu.
Izslēgšanas veidi
Var atšķirt divus tiristoru pārslēgšanas veidus:
- Dabiski.
- Piespiedu kārtā.
Un tagad sīkāk par katru sugu. Dabisks rodas, ja tiristors darbojas maiņstrāvas ķēdē. Turklāt šī pārslēgšana notiek, kad strāva nokrītas līdz nullei. Bet, lai īstenotu piespiedu pārslēgšanu, var būt daudz dažādu veidu. Kuru tiristoru vadību izvēlēties, ir ķēžu projektētāja ziņā, taču ir vērts runāt par katru tipu atsevišķi.
Raksturīgākais piespiedu pārslēgšanas veids ir pieslēgšanakondensators, kas tika iepriekš uzlādēts, izmantojot pogu (atslēgu). LC ķēde ir iekļauta tiristora vadības ķēdē. Šajā shēmā ir pilnībā uzlādēts kondensators. Pārejas procesa laikā slodzes ķēdē strāva svārstās.
Piespiedu pārslēgšanas metodes
Ir vairāki citi piespiedu pārslēgšanas veidi. Bieži tiek izmantota ķēde, kurā tiek izmantots komutācijas kondensators ar apgrieztu polaritāti. Piemēram, šo kondensatoru var savienot ar ķēdi, izmantojot kādu papildu tiristoru. Šajā gadījumā uz galvenā (darba) tiristora notiks izlāde. Tas novedīs pie tā, ka pie kondensatora strāva, kas vērsta uz galvenā tiristora līdzstrāvu, palīdzēs samazināt strāvu ķēdē līdz nullei. Tāpēc tiristors izslēgsies. Tas notiek tāpēc, ka tiristoru ierīcei ir savas īpašības, kas raksturīgas tikai tai.
Ir arī shēmas, kurās tiek savienotas LC ķēdes. Tie ir izlādējušies (un ar svārstībām). Pašā sākumā izlādes strāva plūst strādnieka virzienā, un pēc to vērtību izlīdzināšanas tiristors tiek izslēgts. Pēc tam no svārstību ķēdes strāva caur tiristoru ieplūst pusvadītāju diodē. Šajā gadījumā, kamēr plūst strāva, tiristoram tiek pielikts noteikts spriegums. Tas ir modulis vienāds ar sprieguma kritumu pāri diodei.
Tiristora darbība maiņstrāvas ķēdēs
Ja tiristors ir iekļauts maiņstrāvas ķēdē, ir iespējams veikt šādudarbības:
- Ieslēdziet vai izslēdziet elektrisko ķēdi ar aktīvo pretestību vai pretestības slodzi.
- Mainiet vidējo un efektīvo vērtību strāvai, kas iet caur slodzi, pateicoties iespējai pielāgot vadības signāla momentu.
Tiristora taustiņiem ir viena iezīme – tie vada strāvu tikai vienā virzienā. Tāpēc, ja jums tie jāizmanto maiņstrāvas ķēdēs, jums ir jāizmanto savstarpējais savienojums. Efektīvās un vidējās strāvas vērtības var mainīties tādēļ, ka signāla ievadīšanas brīdis tiristoriem ir atšķirīgs. Tādā gadījumā tiristora jaudai jāatbilst minimālajām prasībām.
Fāzes kontroles metode
Piespiedu tipa fāzes kontroles metodē slodze tiek regulēta, mainot leņķus starp fāzēm. Mākslīgo pārslēgšanu var veikt, izmantojot īpašas shēmas, vai arī ir jāizmanto pilnībā kontrolēti (bloķējami) tiristori. Uz to pamata parasti tiek izgatavots tiristoru lādētājs, kas ļauj regulēt strāvas stiprumu atkarībā no akumulatora uzlādes līmeņa.
Impulsa platuma kontrole
Viņi to sauc arī par PWM modulāciju. Tiristoru atvēršanas laikā tiek dots vadības signāls. Savienojumi ir atvērti, un slodzei ir zināms spriegums. Slēgšanas laikā (visa pārejas procesa laikā) netiek pievadīts vadības signāls, tāpēc tiristori nevada strāvu. Īstenojotfāzes vadības strāvas līkne nav sinusoidāla, ir izmaiņas barošanas sprieguma viļņu formā. Līdz ar to ir arī pret augstfrekvences traucējumiem jutīgo patērētāju darba pārkāpums (parādās nesaderība). Tiristoru regulatoram ir vienkārša konstrukcija, kas ļaus bez problēmām mainīt vajadzīgo vērtību. Un jums nav jāizmanto lieli LATR.
Tiristori slēdzami
Tiristori ir ļoti jaudīgi elektroniski slēdži, ko izmanto, lai pārslēgtu augstu spriegumu un strāvu. Bet tiem ir viens milzīgs trūkums - pārvaldība ir nepilnīga. Konkrētāk, tas izpaužas ar to, ka, lai izslēgtu tiristoru, ir jārada apstākļi, kuros līdzstrāva samazināsies līdz nullei.
Tieši šī funkcija nosaka dažus tiristoru izmantošanas ierobežojumus, kā arī sarežģī uz tiem balstītas shēmas. Lai atbrīvotos no šādiem trūkumiem, tika izstrādātas īpašas tiristoru konstrukcijas, kuras tiek bloķētas ar signālu gar vienu vadības elektrodu. Tos sauc par divkāršās darbības jeb bloķējamiem tiristoriem.
Bloķējams tiristoru dizains
Tiristoru četrslāņu p-p-p-p struktūrai ir savas īpašības. Tie padara tos atšķirīgus no parastajiem tiristoriem. Tagad mēs runājam par elementa pilnīgu vadāmību. Strāvas-sprieguma raksturlielums (statiskais) virzienā uz priekšu ir tāds pats kā vienkāršiem tiristoriem. Tas ir tikai līdzstrāvas tiristors, kas var izturēt daudz lielāku vērtību. Betnav paredzēta lielu reverso spriegumu bloķēšanas funkcija bloķējamiem tiristoriem. Tāpēc ir nepieciešams to savienot ar pusvadītāju diodi.
Bloķējama tiristora raksturīga iezīme ir ievērojams tiešā sprieguma kritums. Lai veiktu izslēgšanu, vadības izejai jāpieliek spēcīgs strāvas impulss (negatīvs, attiecībā 1:5 pret līdzstrāvas vērtību). Bet tikai impulsa ilgumam jābūt pēc iespējas īsākam - 10 … 100 μs. Bloķējamiem tiristoriem ir zemāks ierobežojošais spriegums un strāva nekā parastajiem. Atšķirība ir aptuveni 25–30%.
Tiristoru veidi
Slēdzamie tika apspriesti iepriekš, taču ir daudz vairāk pusvadītāju tiristoru veidu, kas arī ir pieminēšanas vērti. Plašs dizains (lādētāji, slēdži, jaudas regulatori) izmanto noteikta veida tiristorus. Kaut kur tiek prasīts, lai vadība tiktu veikta, padodot gaismas plūsmu, kas nozīmē, ka tiek izmantots optotiristors. Tās īpatnība slēpjas faktā, ka vadības ķēdē tiek izmantots pret gaismu jutīgs pusvadītāju kristāls. Tiristoru parametri ir atšķirīgi, visiem ir savas īpašības, kas raksturīgas tikai tiem. Tāpēc ir nepieciešams, vismaz vispārīgi, saprast, kādi šo pusvadītāju veidi pastāv un kur tos var izmantot. Tātad, šeit ir viss saraksts un katra veida galvenās iezīmes:
- Diode-tiristors. Šī elementa ekvivalents ir tiristors, kuram tas ir savienots antiparalēlipusvadītāju diode.
- Dinistors (diodes tiristors). Tas var kļūt pilnībā vadošs, ja tiek pārsniegts noteikts sprieguma līmenis.
- Triac (simetrisks tiristors). Tā ekvivalents ir divi tiristori, kas savienoti antiparalēli.
- Ātrdarbīgajam invertora tiristoram ir liels pārslēgšanas ātrums (5…50 µs).
- Tiristori ar lauka tranzistoru vadību. Jūs bieži varat atrast dizainus, kuru pamatā ir MOSFET.
- Optiskie tiristori, kurus kontrolē gaismas plūsmas.
Ieviest elementu aizsardzību
Tiristori ir ierīces, kurām ir izšķiroša nozīme tiešās strāvas un tiešās sprieguma maiņas ātrumā. Tiem, tāpat kā pusvadītāju diodēm, ir raksturīga tāda parādība kā reversās atkopšanas strāvu plūsma, kas ļoti ātri un strauji nokrītas līdz nullei, tādējādi palielinot pārsprieguma iespējamību. Šis pārspriegums ir sekas tam, ka strāva pēkšņi apstājas visos ķēdes elementos, kuriem ir induktivitāte (pat īpaši zema induktivitāte, kas raksturīga uzstādīšanai - vadi, dēļu sliedes). Lai ieviestu aizsardzību, nepieciešams izmantot dažādas shēmas, kas ļauj pasargāt sevi no augsta sprieguma un strāvas dinamiskos darba režīmos.
Parasti sprieguma avota induktīvajai pretestībai, kas nonāk strādājoša tiristora ķēdē, ir tāda vērtība, ka ar to ir vairāk nekā pietiekami, lai neiekļautu kādu papilduinduktivitāte. Šī iemesla dēļ praksē biežāk tiek izmantota pārslēgšanas ceļa veidošanas ķēde, kas ievērojami samazina ātrumu un pārsprieguma līmeni ķēdē, kad tiristors ir izslēgts. Šim nolūkam visbiežāk tiek izmantotas kapacitatīvās pretestības shēmas. Tie ir paralēli savienoti ar tiristoru. Ir diezgan daudz šādu ķēžu ķēžu modifikāciju veidu, kā arī to aprēķināšanas metodes, tiristoru darbības parametri dažādos režīmos un apstākļos. Bet slēdzamā tiristora pārslēgšanas trajektorijas veidošanas shēma būs tāda pati kā tranzistoriem.
