Metode de comutare a tiristorului în electronica de putere

Cele mai multe dintre echipamente de conversie și utilizarea surselor de alimentare în modul de comutare electronice de putere componente precum tiristoarele, MOSFET și alte dispozitive semiconductoare de putere pentru operații de comutare de înaltă frecvență la puteri ridicate. Luați în considerare tiristoarele pe care le folosim foarte frecvent ca întrerupătoare bistabile în mai multe aplicații. Aceste tiristoare folosesc comutatoare necesare pentru a fi pornite și oprite. Pentru pornirea tiristorilor, există unele metode de pornire a tiristorului numite metode de declanșare a tiristorului. În mod similar, pentru oprirea tiristoarelor, există metode numite metode sau tehnici de comutare a tiristoarelor. Înainte de a discuta despre tehnicile de comutare a tiristorului, trebuie să știm ceva despre elementele de bază ale tiristorului, cum ar fi tiristorul, funcționarea tiristorului, diferite tipuri de tiristoare și metodele de pornire a tiristorului.

Ce este un tiristor?

Două până la patru dispozitive semiconductoare de plumb constând din patru straturi de materiale alternante de tip N și P se numesc tiristoare. Acestea sunt, în general, utilizate ca întrerupătoare bi-stabile care vor conduce numai atunci când terminalul porții tiristorului este declanșat. Un tiristor este, de asemenea, numit redresor controlat cu siliciu sau SCR.

Tiristor

Ce este comutarea SCR?

Comutarea nu este altceva decât metoda de OPRIRE a unui SCR. Este o metodă utilizată pentru a aduce un SCR sau tiristor din starea ON în starea OFF. Știm că un SCR poate fi activat utilizând un semnal de poartă către un SCR atunci când este în direcție de redirecționare. Dar SCR trebuie să se oprească atunci când este necesar pentru controlul puterii, altfel condiționarea puterii.

Circuit de comutare pentru SCR

Când un SCR se mișcă în modul de conducere de redirecționare, atunci terminalul său de poartă își pierde controlul. Pentru aceasta, ar trebui utilizat un circuit suplimentar pentru a opri tiristorul / SCR. Deci, acest circuit suplimentar se numește circuit de comutare.

Deci, acest termen este folosit în principal pentru transferul curentului de la un an la altul. Circuitul de comutare reduce în principal curentul înainte la zero pentru a opri tiristorul. Deci, următoarele condiții ar trebui să fie îndeplinite pentru a opri tiristorul odată ce conduce.

• Curentul înainte de tiristor sau SCR ar trebui să fie redus la zero altfel sub nivelul curentului de menținere.
• Ar trebui asigurată o tensiune inversă amplă pe SCR / tiristor pentru a-și recupera starea de blocare înainte.

Odată ce SCR este oprit prin scăderea curentului înainte la zero, atunci există purtători de sarcină excedentare în diferite straturi. Pentru a recupera starea de blocare a tiristorului, acești purtători de surplus ar trebui recombinați. Deci, această metodă de recombinare se poate accelera aplicând o tensiune inversă pe tiristor.

Metode de comutare a tiristorului

După cum am studiat mai sus, un tiristor poate fi pornit prin declanșarea unui terminal de poartă cu un impuls de scurtă durată de joasă tensiune. Dar după pornire, acesta va conduce continuu până când tiristorul este polarizat invers sau curentul de sarcină scade la zero. Această conducție continuă a tiristoarelor provoacă probleme în unele aplicații. Procesul utilizat pentru oprirea tiristorului se numește comutare. Prin procesul de comutare, modul de funcționare a tiristorului este schimbat din modul de conducere înainte în modul de blocare înainte. Deci, metodele de comutare a tiristorului sau tehnicile de comutare a tiristorului sunt folosite pentru a opri.

Tehnicile de comutare a tiristorilor sunt clasificate în două tipuri:

• Comutarea naturală
• Comutare forțată

Comutarea naturală

În general, dacă luăm în considerare alimentarea cu curent alternativ, curentul va curge prin linia de trecere zero în timp ce va trece de la vârf pozitiv la vârf negativ. Astfel, va apărea simultan o tensiune inversă pe dispozitiv, care va opri tiristorul imediat. Acest proces se numește comutare naturală, deoarece tiristorul este oprit în mod natural, fără a utiliza componente externe sau circuite sau surse de alimentare în scopuri de comutare.

Comutarea naturală poate fi observată la controlerele de tensiune alternativă, redresoarele cu fază și convertoarele ciclo.

Comutare forțată

Tiristorul poate fi oprit prin polarizarea inversă a SCR sau prin utilizarea componentelor active sau pasive. Curentul tiristorului poate fi redus la o valoare sub valoarea curentului de reținere. Deoarece tiristorul este oprit forțat, este denumit un proces de comutare forțată. electronice de bază și componente electrice precum inductanța și capacitatea sunt utilizate ca elemente de comutare în scopuri de comutare.

Comutarea forțată poate fi observată în timpul utilizării sursei de curent continuu, de aceea se mai numește comutarea continuă. Circuitul extern utilizat pentru procesul de comutare forțată se numește circuit de comutare și elementele utilizate în acest circuit se numesc elemente de comutare.

Clasificarea metodelor de comutare forțată

Aici, clasificarea metodelor de comutare a tiristorului este discutată mai jos. Clasificarea sa se face în principal în funcție de impulsul de comutare este un impuls de curent al unui impuls de tensiune, dacă este conectat în serie / paralel prin SCR pentru a fi comutat, dacă semnalul este dat printr-un tiristor auxiliar sau principal, dacă circuitul de comutare este încărcat de la o sursă auxiliară sau principală. Clasificarea invertoarelor se poate face în principal pe baza locației semnalelor de comutare. Comutarea forțată poate fi clasificată în diferite metode după cum urmează:

• Clasa A: Autocomutată printr-o sarcină rezonantă
• Clasa B: Autocomutată de un circuit LC
• Clasa C: Cor L-C comutat de un alt SCR purtător de sarcină
• Clasa D: C sau L-C comutate de un SCR auxiliar
• Clasa E: o sursă de impuls externă pentru comutare
• Clasa F: comutarea liniei de curent alternativ

Clasa A: Autocomutată printr-o sarcină rezonantă

Clasa A este una dintre tehnicile de comutare a tiristorului utilizate frecvent. Dacă tiristorul este declanșat sau pornit, atunci curentul de anod va curge prin încărcare condensator C cu punct ca pozitiv. Circuitul subamortizat de ordinul doi este format din inductor sau rezistor de curent alternativ , condensator și rezistor. Dacă curentul se acumulează prin SCR și finalizează semiciclul, atunci curentul inductor va curge prin SCR în direcția inversă, care va opri tiristorul.

Metoda de comutare a tiristorului de clasa A

După comutarea tiristorului sau oprirea tiristorului, condensatorul va începe să se descarce din valoarea sa maximă prin rezistor într-o manieră exponențială. Tiristorul va fi în stare de polarizare inversă până când tensiunea condensatorului revine la nivelul tensiunii de alimentare.

Clasa B: Autocomutată de un circuit L-C

Diferența majoră între metodele de comutare a tiristorului clasa A și clasa B este că LC este conectat în serie cu tiristorul din clasa A, în timp ce în paralel cu tiristorul din clasa B. Înainte de a declanșa pe SCR, condensatorul este încărcat în sus (punctul indică pozitiv). Dacă SCR este declanșat sau i se dă un impuls de declanșare, atunci curentul rezultat are două componente.

Metoda de comutare a tiristorului de clasa B

Curentul constant de sarcină care curge prin sarcina R-L este asigurat de reactanța mare conectată în serie cu sarcina care este prinsă cu o diodă de rotire liberă. Dacă curentul sinusoidal curge prin circuitul rezonant L-C, atunci condensatorul C este încărcat cu punct ca negativ la sfârșitul semiciclului.

Curentul total care curge prin SCR devine zero cu curentul invers care curge prin SCR opunându-se curentului de sarcină pentru o mică parte din oscilația negativă. Dacă curentul de circuit rezonant sau curentul invers invers devin doar mai mare decât curentul de sarcină, atunci SCR va fi oprit.

Clasa C: C sau L-C Comutat de un alt SCR de transportare a sarcinii

În metodele de comutare a tiristorului de mai sus, am observat doar un SCR, dar în aceste tehnici de comutare de clasă C ale tiristorului, vor exista două SCR. Un SCR este considerat ca tiristorul principal și celălalt ca un tiristor auxiliar. În această clasificare, ambele pot acționa ca SCR-uri principale care transportă curent de sarcină și pot fi proiectate cu patru SCR-uri cu sarcină pe condensator folosind o sursă de curent pentru furnizarea unui convertor integral.

Metoda de comutare a tiristorului de clasa C

Dacă se declanșează tiristorul T2, atunci condensatorul va fi încărcat. Dacă tiristorul T1 este declanșat, atunci condensatorul se va descărca și acest curent de descărcare a lui C se va opune fluxului curentului de sarcină în T2, deoarece condensatorul este comutat pe T2 prin T1.

Clasa D: L-C sau C Comutat de un SCR auxiliar

Metodele de comutare a tiristorului de clasa C și clasa D pot fi diferențiate de curentul de sarcină din clasa D: doar unul dintre SCR-uri va transporta curentul de sarcină în timp ce celălalt acționează ca un tiristor auxiliar, în timp ce în clasa C ambele SCR-uri vor transporta curent de sarcină. Tiristorul auxiliar constă dintr-un rezistor în anodul său, care are o rezistență de aproximativ zece ori rezistența la sarcină.

Tip Clasa D.

Prin declanșarea Ta (tiristorul auxiliar) condensatorul este încărcat până la tensiunea de alimentare și apoi Ta se va opri. Dacă există o tensiune suplimentară, datorită inductanței substanțiale în liniile de intrare, va fi descărcată prin circuitul de sarcină diodă-inductor.

Dacă Tm (tiristorul principal) este declanșat, atunci curentul va curge pe două căi: curentul de comutare va curge prin calea C-Tm-L-D, iar curentul de sarcină va curge prin sarcină. Dacă încărcarea condensatorului este inversată și menținută la acel nivel folosind dioda și dacă Ta este declanșată din nou, atunci tensiunea din condensator va apărea peste Tm prin Ta. Astfel, tiristorul principal Tm va fi oprit.

Clasa E: Sursă de impuls externă pentru comutare

Pentru tehnicile de comutare a tiristorului clasa E, un transformator nu se poate satura (deoarece are un spațiu suficient de fier și aer) și este capabil să transporte curentul de sarcină cu o mică cădere de tensiune în comparație cu tensiunea de alimentare. Dacă tiristorul T este declanșat, atunci curentul va curge prin transformatorul de sarcină și impuls.

Clasa E Tip

Un generator de impulsuri externe este utilizat pentru a genera un impuls pozitiv care este furnizat catodului tiristorului printr-un transformator de impulsuri. Condensatorul C este încărcat la aproximativ 1v și se consideră că are impedanță zero pentru durata impulsului de oprire. Tensiunea de pe tiristor este inversată de pulsul de la transformator electric care furnizează curentul invers de recuperare și, pentru timpul necesar de oprire, reține tensiunea negativă.

Clasa F: Linie AC comutată

În tehnicile de comutare a tiristorului de clasa F, se utilizează o tensiune alternativă pentru alimentare și, în timpul semiciclului pozitiv al acestei alimentări, curentul de sarcină va curge. Dacă sarcina este extrem de inductivă, atunci curentul va rămâne până când energia stocată în sarcina inductivă va fi disipată. În timpul semiciclului negativ pe măsură ce curentul de încărcare devine zero, tiristorul se va opri. Dacă există o tensiune pentru o perioadă a timpului de oprire nominal al dispozitivului, atunci polaritatea negativă a tensiunii din tiristorul de ieșire o va opri.

Clasa F Tip

Aici, durata semiciclului trebuie să fie mai mare decât timpul de oprire a tiristorului. Acest proces de comutare este similar cu conceptul unui convertor trifazat. Să luăm în considerare, în primul rând, T1 și T11 conduc cu unghiul de declanșare al convertorului, care este egal cu 60 de grade și funcționează în modul de conducție continuă cu o sarcină foarte inductivă.

Dacă tiristoarele T2 și T22 sunt declanșate, atunci instantaneu curentul prin dispozitivele de intrare nu se va ridica la nivelul curentului de încărcare. Dacă curentul prin tiristoarele de intrare atinge nivelul curentului de încărcare, atunci va fi inițiat procesul de comutare a tiristoarelor de ieșire. Această tensiune de polarizare inversă a tiristorului trebuie continuată până la atingerea stării de blocare înainte.

Eșecul metodelor de comutare a tiristorului

Eșecul de comutare a tiristorului apare în principal deoarece acestea sunt comutate pe linie și căderea de tensiune poate duce la o tensiune inadecvată pentru a comuta, deci provoacă o defecțiune după ce tiristorul următor este aprins. Deci eșecul comutării are loc din mai multe motive, dintre care unele sunt discutate mai jos.
Tiristoarele asigură un timp de recuperare invers destul de lent, astfel încât curentul invers principal poate furniza în direcția de redirecționare. Acest lucru poate însemna „curent de defecțiune”, care apare într-un mod ciclic prin disiparea de energie asociată, care se vede la defectarea SCR.

Într-un circuit electric, comutarea este practic o dată ce fluxul de curent curge dintr-o ramură a circuitului în alta. Un eșec de comutare apare în principal odată ce schimbarea căii eșuează din orice motiv.
Pentru un invertor sau un circuit redresor, care utilizează SCR-uri, se poate produce o defecțiune de comutare din două motive de bază.

Dacă un tiristor nu pornește, atunci fluxul de curent nu se va schimba și metoda de comutare va fi scurtă. În mod similar, dacă un tiristor este scurt pentru a se opri, atunci fluxul de curent se poate comuta parțial către următoarea ramură. Deci, acest lucru este, de asemenea, considerat un eșec.

Diferența dintre comutarea naturală și tehnicile de comutare forțată

Diferențele dintre comutarea naturală și comutarea forțată sunt discutate mai jos.

Un tiristor poate fi numit pur și simplu un redresor controlat. Există diferite tipuri de tiristoare, care sunt utilizate pentru proiectarea bazată pe electronică de putere proiecte electrice inovatoare . Procesul de pornire a tiristorului prin furnizarea de impulsuri de declanșare la terminalul porții se numește declanșare. În mod similar, procesul de oprire a tiristorului se numește comutare. Sper că acest articol oferă informații scurte despre diferite tehnici de comutare ale tiristorului. Secțiunea de comentarii de mai jos va furniza asistență tehnică suplimentară pe baza comentariilor și întrebărilor dvs.