I tiristori sono chiavi elettroniche di potenza che non sono completamente controllate. Spesso nei libri tecnici puoi vedere un altro nome per questo dispositivo: un tiristore a singola operazione. In altre parole, sotto l'influenza di un segnale di controllo, viene trasferito in uno stato: la conduzione. Più specificamente, include un circuito. Per spegnerlo è necessario creare condizioni speciali che assicurino che la corrente continua nel circuito scenda a zero.
Caratteristiche dei tiristori
Le chiavi a tiristore conducono la corrente elettrica solo nella direzione in avanti e nello stato chiuso possono resistere non solo alla tensione diretta, ma anche inversa. La struttura del tiristore è a quattro strati, ci sono tre uscite:
- Anodo (indicato dalla lettera A).
- Catodo (lettera C o K).
- Elettrodo di controllo (U o G).
I tiristori hanno un'intera famiglia di caratteristiche di corrente-tensione, possono essere utilizzati per giudicare lo stato dell'elemento. I tiristori sono chiavi elettroniche molto potenti, sono in grado di commutare circuiti in cui la tensione può raggiungere i 5000 volt e l'intensità della corrente - 5000 ampere (mentre la frequenza non supera i 1000 Hz).
Operazione tiristore inCircuiti CC
Un tiristore convenzionale viene attivato applicando un impulso di corrente all'uscita di controllo. Inoltre, deve essere positivo (rispetto al catodo). La durata del processo transitorio dipende dalla natura del carico (induttivo, attivo), dall'ampiezza e dalla velocità di aumento nel circuito di controllo dell'impulso di corrente, dalla temperatura del cristallo semiconduttore, nonché dalla corrente e dalla tensione applicate ai tiristori disponibile nel circuito. Le caratteristiche del circuito dipendono direttamente dal tipo di elemento semiconduttore utilizzato.
Nel circuito in cui si trova il tiristore, il verificarsi di un elevato tasso di aumento della tensione è inaccettabile. Vale a dire, un tale valore al quale l'elemento si accende spontaneamente (anche se non c'è segnale nel circuito di controllo). Ma allo stesso tempo, il segnale di controllo deve avere una pendenza molto alta.
Modi per spegnere
Si possono distinguere due tipi di commutazione a tiristori:
- Naturale.
- Forzato.
E ora in modo più dettagliato su ciascuna specie. Naturale si verifica quando il tiristore funziona in un circuito a corrente alternata. Inoltre, questa commutazione avviene quando la corrente scende a zero. Ma implementare la commutazione forzata può essere un gran numero di modi diversi. Quale controllo a tiristori scegliere spetta al progettista del circuito, ma vale la pena parlare di ciascun tipo separatamente.
Il modo più caratteristico di commutazione forzata è la connessioneun condensatore che è stato precaricato tramite un pulsante (chiave). Il circuito LC è incluso nel circuito di controllo del tiristore. Questo circuito contiene un condensatore completamente carico. Durante il processo transitorio, la corrente fluttua nel circuito di carico.
Metodi di commutazione forzata
Ci sono molti altri tipi di commutazione forzata. Spesso viene utilizzato un circuito che utilizza un condensatore di commutazione con polarità inversa. Ad esempio, questo condensatore può essere collegato al circuito utilizzando una sorta di tiristore ausiliario. In questo caso, si verificherà una scarica sul tiristore principale (funzionante). Ciò porterà al fatto che sul condensatore, la corrente diretta verso la corrente continua del tiristore principale aiuterà a ridurre la corrente nel circuito fino a zero. Pertanto, il tiristore si spegne. Ciò accade perché il dispositivo a tiristori ha le sue caratteristiche che sono caratteristiche solo per esso.
Ci sono anche schemi in cui sono collegate le catene LC. Sono scaricati (e con fluttuazioni). All'inizio, la corrente di scarica scorre verso il lavoratore e, dopo aver equalizzato i loro valori, il tiristore viene spento. Successivamente, dalla catena oscillatoria, la corrente scorre attraverso il tiristore in un diodo a semiconduttore. In questo caso, mentre la corrente scorre, al tiristore viene applicata una certa tensione. È modulo uguale alla caduta di tensione attraverso il diodo.
Funzionamento a tiristori nei circuiti CA
Se il tiristore è incluso nel circuito AC, è possibile effettuare taleoperazioni:
- Accendere o spegnere un circuito elettrico con un carico attivo-resistivo o resistivo.
- Modifica il valore medio ed effettivo della corrente che attraversa il carico, grazie alla possibilità di regolare il momento del segnale di controllo.
Le chiavi a tiristore hanno una caratteristica: conducono la corrente in una sola direzione. Pertanto, se è necessario utilizzarli nei circuiti CA, è necessario utilizzare la connessione back-to-back. I valori di corrente effettivi e medi possono variare a causa del fatto che il momento in cui il segnale viene applicato ai tiristori è diverso. In questo caso, la potenza del tiristore deve soddisfare i requisiti minimi.
Metodo di controllo di fase
Nel metodo di controllo di fase di tipo forzato, il carico viene regolato modificando gli angoli tra le fasi. La commutazione artificiale può essere eseguita utilizzando circuiti speciali oppure è necessario utilizzare tiristori completamente controllati (bloccabili). Sulla loro base, di norma, viene realizzato un caricabatterie a tiristori, che consente di regolare l'intensità della corrente in base al livello di carica della batteria.
Controllo ampiezza impulso
La chiamano anche modulazione PWM. Durante l'apertura dei tiristori viene dato un segnale di controllo. Le giunzioni sono aperte e c'è una certa tensione attraverso il carico. Durante la chiusura (durante l'intero processo transitorio) non viene applicato alcun segnale di controllo, pertanto i tiristori non conducono corrente. Durante l'implementazionela curva della corrente di controllo di fase non è sinusoidale, c'è una variazione nella forma d'onda della tensione di alimentazione. Di conseguenza, c'è anche una violazione del lavoro dei consumatori che sono sensibili alle interferenze ad alta frequenza (appare l'incompatibilità). Un regolatore a tiristori ha un design semplice, che ti consentirà di modificare il valore richiesto senza problemi. E non è necessario utilizzare enormi LATR.
Tiristori bloccabili
I tiristori sono interruttori elettronici molto potenti utilizzati per commutare alte tensioni e correnti. Ma hanno un enorme inconveniente: la gestione è incompleta. Più in particolare, ciò si manifesta con il fatto che per spegnere il tiristore è necessario creare condizioni in cui la corrente continua diminuisca fino a zero.
È questa caratteristica che impone alcune restrizioni all'uso dei tiristori e complica anche i circuiti basati su di essi. Per eliminare tali carenze, sono stati sviluppati design speciali di tiristori, che sono bloccati da un segnale lungo un elettrodo di controllo. Sono chiamati tiristori a doppia operazione o bloccabili.
Design a tiristore bloccabile
La struttura a quattro strati p-p-p-p dei tiristori ha le sue caratteristiche. Li rendono diversi dai tiristori convenzionali. Ora stiamo parlando della piena controllabilità dell'elemento. La caratteristica corrente-tensione (statica) nella direzione in avanti è la stessa di quella dei semplici tiristori. Questo è solo un tiristore a corrente continua può passare un valore molto più grande. Mala funzione di blocco delle grandi tensioni inverse per i tiristori bloccabili non è prevista. Pertanto, è necessario collegarlo back-to-back con un diodo a semiconduttore.
Una caratteristica di un tiristore bloccabile è un calo significativo delle tensioni dirette. Per effettuare uno spegnimento, è necessario applicare un potente impulso di corrente (negativo, in un rapporto di 1:5 rispetto al valore della corrente continua) all'uscita di controllo. Ma solo la durata dell'impulso dovrebbe essere la più breve possibile - 10 … 100 μs. I tiristori bloccabili hanno una tensione e una corrente limite inferiori rispetto a quelli convenzionali. La differenza è di circa il 25-30%.
Tipi di tiristori
Quelli bloccabili sono stati discussi sopra, ma ci sono molti altri tipi di tiristori a semiconduttore che vale la pena menzionare. Un'ampia varietà di design (caricabatterie, interruttori, regolatori di potenza) utilizza determinati tipi di tiristori. Da qualche parte è necessario che il controllo venga eseguito fornendo un flusso di luce, il che significa che viene utilizzato un optotiristore. La sua particolarità sta nel fatto che il circuito di controllo utilizza un cristallo semiconduttore sensibile alla luce. I parametri dei tiristori sono diversi, tutti hanno le loro caratteristiche, caratteristiche solo per loro. Pertanto, è necessario, almeno in termini generali, capire quali tipi di questi semiconduttori esistono e dove possono essere utilizzati. Quindi, ecco l'intero elenco e le caratteristiche principali di ogni tipo:
- Diodo-tiristore. L'equivalente di questo elemento è un tiristore, al quale è connesso in antiparallelodiodo a semiconduttore.
- Dinistor (tiristore a diodo). Può diventare completamente conduttivo se viene superato un certo livello di tensione.
- Triac (tiristore simmetrico). Il suo equivalente sono due tiristori collegati in antiparallelo.
- Il tiristore inverter ad alta velocità ha un'elevata velocità di commutazione (5…50 µs).
- Tiristori controllati da transistor di campo. Spesso puoi trovare design basati su MOSFET.
- Tiristori ottici controllati da flussi luminosi.
Implementare la protezione degli elementi
I tiristori sono dispositivi critici per le velocità di variazione della corrente diretta e della tensione diretta. Loro, come i diodi a semiconduttore, sono caratterizzati da un fenomeno come il flusso di correnti di recupero inverse, che scende molto rapidamente e bruscamente a zero, aggravando così la probabilità di sovratensione. Questa sovratensione è una conseguenza del fatto che la corrente si interrompe bruscamente in tutti gli elementi del circuito che hanno induttanza (anche induttanze ultrabasse tipiche dell'installazione - fili, binari della scheda). Per implementare la protezione, è necessario utilizzare una varietà di schemi che consentono di proteggersi da alte tensioni e correnti in modalità di funzionamento dinamico.
Di norma, la resistenza induttiva della sorgente di tensione che entra nel circuito di un tiristore funzionante ha un valore tale che è più che sufficiente per non includere alcuniinduttanza. Per questo motivo, in pratica, viene utilizzata più spesso una catena di formazione del percorso di commutazione, che riduce notevolmente la velocità e il livello di sovratensione nel circuito quando il tiristore è spento. I circuiti capacitivi-resistivi sono più comunemente usati per questo scopo. Sono collegati con il tiristore in parallelo. Esistono diversi tipi di modifiche del circuito di tali circuiti, nonché metodi per il loro calcolo, parametri per il funzionamento dei tiristori in varie modalità e condizioni. Ma il circuito per formare la traiettoria di commutazione del tiristore bloccabile sarà lo stesso di quello dei transistor.
