Tiristoru komutācijas metodes jaudas elektronikā

Lielākā daļa no pārveidotāju aprīkojums strāvas avotu un komutācijas režīmu izmantošana spēka elektronika komponenti, piemēram, tiristori, MOSFET un citas jaudas pusvadītāju ierīces, kas paredzētas augstas frekvences komutācijas darbībām ar lielu jaudu. Apsveriet tiristorus, kurus mēs ļoti bieži izmantojam kā bistabilus slēdžus vairākās lietojumprogrammās. Šie tiristori izmanto ieslēgšanas un izslēgšanas slēdžus. Tiristoru ieslēgšanai ir daži tiristori, kas ieslēdz metodes, kuras sauc par tiristoru iedarbināšanas metodēm. Tāpat tiristoru izslēgšanai ir metodes, ko sauc par tiristoru komutācijas metodēm vai metodēm. Pirms diskutēt par tiristoru komutācijas metodēm, mums kaut kas jāzina par tiristora pamatiem, piemēram, tiristoru, tiristora darbību, dažāda veida tiristoriem un tiristoru ieslēgšanas metodēm.

Kas ir tiristors?

Divas līdz četras svina pusvadītāju ierīces, kas sastāv no četriem mainīgu N un P tipa materiālu slāņiem, sauc par tiristoriem. Tos parasti izmanto kā divstabilus slēdžus, kas darbosies tikai tad, kad tiks iedarbināts tiristora vārtu spaile. Tiristoru sauc arī par silīcija kontrolētu taisngriezi vai SCR.

Tiristors

Kas ir SCR komutācija?

Komutācija nav nekas cits kā SCR izslēgšanas metode. Tā ir viena metode, ko izmanto, lai SCR vai tiristoru no ON stāvokļa pārvērstu OFF stāvoklī. Mēs zinām, ka SCR var aktivizēt, izmantojot vārtu signālu pret SCR, kad tas ir novirzīts. Bet SCR ir jāizslēdzas, ja tas nepieciešams jaudas kontrolei, pretējā gadījumā jaudas kondicionēšana.

Komutācijas shēma SCR

Kad SCR pārvietojas pārsūtīšanas vadīšanas režīmā, tā vārtu terminālis zaudē kontroli. Lai izslēgtu tiristoru / SCR, jāizmanto kāda papildu shēma. Tātad šo papildu shēmu sauc par komutācijas ķēdi.

Tātad šo terminu galvenokārt lieto strāvas pārnešanai no viena ane uz otru. Komutācijas ķēde galvenokārt samazina strāvas padevi līdz nullei, lai izslēgtu tiristoru. Tātad, lai izslēgtu tiristoru, kad tas darbojas, ir jāievēro šādi nosacījumi.

• Tiristora vai SCR uz priekšu straume būtu jāsamazina līdz nullei, pretējā gadījumā zem turēšanas strāvas līmeņa.
• Visam SCR / tiristoram jānodrošina pietiekams reversais spriegums, lai atjaunotu tā bloķēšanas stāvokli uz priekšu.

Kad SCR ir izslēgts, samazinot straumes ātrumu līdz nullei, dažādos slāņos pastāv pārpalikuma lādiņu nesēji. Lai atgūtu tiristora bloķēšanas stāvokli uz priekšu, šie pārpalikuma lādiņu nesēji būtu jākombinē. Tātad, šī rekombinācijas metode var paātrināties, pielietojot reverso spriegumu visā tiristorā.

Tiristoru komutācijas metodes

Kā mēs esam pētījuši iepriekš, tiristoru var ieslēgt, iedarbinot vārtu spaili ar zema sprieguma īsu impulsu. Bet pēc ieslēgšanas tas darbosies nepārtraukti, līdz tiristors tiek mainīts pretēji vai slodzes strāva nokrītas līdz nullei. Šī nepārtrauktā tiristoru vadīšana dažās lietojumprogrammās rada problēmas. Tiristora izslēgšanai izmantoto procesu sauc par komutāciju. Komutācijas procesā tiristora darbības režīms tiek mainīts no vadīšanas uz priekšu uz bloķēšanas režīmu. Lai izslēgtu, tiek izmantotas tiristoru komutācijas metodes vai tiristoru komutācijas metodes.

Tiristoru komutācijas paņēmieni tiek iedalīti divos veidos:

• Dabiska komutācija
• Piespiedu komutācija

Dabiska komutācija

Parasti, ja mēs ņemam vērā maiņstrāvas padevi, strāva plūst caur nulles šķērsošanas līniju, vienlaikus pārejot no pozitīvas virsotnes uz negatīvu. Tādējādi vienlaicīgi ierīcē parādīsies apgriezts spriegums, kas nekavējoties izslēgs tiristoru. Šo procesu sauc par dabisko komutāciju, jo tiristors dabiski tiek izslēgts, komutācijas vajadzībām neizmantojot nekādus ārējos komponentus, ķēdi vai padevi.

Dabisko komutāciju var novērot maiņstrāvas sprieguma regulatoros, fāzes kontrolētos taisngriežos un ciklo pārveidotājos.

Piespiedu komutācija

Tiristoru var izslēgt, pretēji novirzot SCR vai izmantojot aktīvās vai pasīvās sastāvdaļas. Tiristora strāvu var samazināt līdz vērtībai, kas ir zemāka par noturošās strāvas vērtību. Tā kā tiristors tiek izslēgts piespiedu kārtā, to sauc par piespiedu komutācijas procesu. The pamata elektronika un elektriskās komponentes piemēram, induktivitāte un kapacitāte tiek izmantoti kā komutācijas elementi komutācijas nolūkos.

Piespiedu komutāciju var novērot, izmantojot līdzstrāvas padevi, tāpēc to sauc arī par līdzstrāvas komutāciju. Piespiedu komutācijas procesā izmantoto ārējo ķēdi sauc par komutācijas ķēdi, un šajā ķēdē izmantotos elementus - par komutācijas elementiem.

Piespiedu komutācijas metožu klasifikācija

Tiristoru komutācijas metožu klasifikācija ir aplūkota turpmāk. Tās klasifikācija galvenokārt tiek veikta atkarībā no tā, vai komutācijas impulss ir sprieguma impulsa strāvas impulss, vai tas ir savienots virknē / paralēli caur komutējamo SCR, vai signāls tiek sniegts caur palīg- vai galveno tiristoru, vai komutācijas ķēde tiek uzlādēta no papildu vai galvenā avota. Invertoru klasifikāciju galvenokārt var veikt, pamatojoties uz komutācijas signālu atrašanās vietu. Piespiedu komutāciju var iedalīt dažādās metodēs šādi:

• A klase: pašsaprotama ar rezonējošu slodzi
• B klase: pašsaprotama ar LC ķēdi
• C klase: Cor L-C pārslēdz ar citu kravu nesošu SCR
• D klase: C vai L-C pārslēdz ar papildu SCR
• E klase: ārējs impulsa avots komutācijai
• F klase: maiņstrāvas līnijas komutācija

A klase: pašsaprotama ar rezonējošu slodzi

A klase ir viena no bieži izmantotajām tiristoru komutācijas metodēm. Ja tiristors tiek iedarbināts vai ieslēgts, anoda strāva plūst, uzlādējot kondensators C ar punktu kā pozitīvu. Otrās pakāpes nepietiekami slāpētu ķēdi veido induktors vai maiņstrāvas rezistors , kondensators un rezistors. Ja strāva uzkrājas caur SCR un pabeidz pusciklu, tad induktora strāva plūst caur SCR pretējā virzienā, kas izslēgs tiristoru.

A klases tiristoru komutācijas metode

Pēc tiristora komutācijas vai tiristora izslēgšanas kondensators eksponenciāli sāks izlādēties no maksimālās vērtības caur rezistoru. Tiristors būs apgrieztā slīpuma stāvoklī, līdz kondensatora spriegums atgriezīsies barošanas sprieguma līmenī.

B klase: pašsaprotama ar L-C ķēdi

Galvenā atšķirība starp A klases un B klases tiristoru komutācijas metodēm ir tāda, ka LC ir sērijveidā savienots ar A klases tiristoru, turpretī paralēli B klases tiristoram. Pirms iedarbināšanas uz SCR, kondensators tiek uzlādēts (punkts norāda pozitīvs). Ja SCR tiek iedarbināts vai tiek dots aktivizējošs impulss, tad iegūtajai strāvai ir divi komponenti.

B klases tiristoru komutācijas metode

Pastāvīgo slodzes strāvu, kas plūst caur R-L slodzi, nodrošina lielā reaktivitāte, kas virknē savienota ar slodzi, kas ir piestiprināta ar brīvriteņa diodi. Ja sinusoidālā strāva plūst caur rezonanses L-C ķēdi, tad kondensators C puscikla beigās tiek uzlādēts ar punktu kā negatīvu.

Kopējā strāva, kas plūst caur SCR, kļūst nulle, savukārt pretējā strāva, kas plūst caur SCR, ir pretēja slodzes strāvai nelielai negatīvās šūpoles daļai. Ja rezonanses ķēdes strāva vai reversā strāva kļūst tikai lielāka par slodzes strāvu, tad SCR tiks izslēgts.

C klase: C vai L-C pārslēdz ar citu kravas pārvadāšanas SCR

Iepriekš aprakstītajās tiristoru komutācijas metodēs mēs novērojām tikai vienu SCR, bet šajās tiristora C klases komutācijas metodēs būs divi SCR. Viens SCR tiek uzskatīts par galveno tiristoru, bet otrs - par papildu tiristoru. Šajā klasifikācijā abi var darboties kā galvenie SCR, kas pārvadā slodzes strāvu, un tos var projektēt ar četriem SCR ar slodzi pāri kondensatoram, izmantojot strāvas avotu integrāla pārveidotāja piegādei.

C klases tiristoru komutācijas metode

Ja tiek iedarbināts tiristors T2, kondensators tiks uzlādēts. Ja tiek iedarbināts tiristors T1, tad kondensators izlādējas un šī C izlādes strāva būs pretrunā ar slodzes strāvas plūsmu T2, kad kondensators tiek pārslēgts pāri T2 caur T1.

D klase: L-C vai C pārslēdz ar papildu SCR

C un D klases tiristoru komutācijas metodes var diferencēt ar D klases slodzes strāvu: tikai viens no SCR nes slodzes strāvu, bet otrs darbojas kā palīgtiristors, savukārt C klasē abi SCR nes slodzes strāvu. Palīgtiristors sastāv no rezistora tā anodā, kura pretestība ir aptuveni desmitkārt lielāka par slodzes pretestību.

D klases tips

Aktivizējot Ta (papildu tiristoru), kondensators tiek uzlādēts līdz barošanas spriegumam, un tad Ta izslēgsies. Papildu spriegums, ja tāds ir, ievērojamas induktivitātes dēļ ieejas līnijās tiks izvadīts caur diode-induktors-slodze ķēdi.

Ja tiek iedarbināts Tm (galvenais tiristors), tad strāva plūst divos ceļos: komutācijas strāva plūst caur C-Tm-L-D ceļu, un slodzes strāva plūst caur slodzi. Ja kondensatora lādiņš tiek mainīts un tiek turēts šajā līmenī, izmantojot diode, un, ja Ta tiek atkārtoti iedarbināts, spriegums pāri kondensatoram parādīsies pāri Tm caur Ta. Tādējādi galvenais tiristors Tm tiks izslēgts.

E klase: ārējais impulsa avots komutācijai

E klases tiristoru komutācijas paņēmieniem transformators nevar piesātināties (jo tam ir pietiekama dzelzs un gaisa sprauga) un spēj pārvadāt slodzes strāvu ar nelielu sprieguma kritumu, salīdzinot ar barošanas spriegumu. Ja tiek iedarbināts tiristors T, strāva plūst caur slodzes un impulsa transformatoru.

E klases tips

Ārējo impulsu ģeneratoru izmanto, lai radītu pozitīvu impulsu, kas tiek ievadīts tiristora katodā caur impulsa transformatoru. Kondensators C tiek uzlādēts apmēram līdz 1 V, un tiek uzskatīts, ka izslēgšanas impulsa ilgumam tam ir nulles pretestība. Tiristora spriegumu maina impulss no elektriskais transformators kas piegādā reverso reģenerācijas strāvu un nepieciešamo izslēgšanās laiku notur negatīvo spriegumu.

F klase: maiņstrāvas līnija

F klases tiristoru komutācijas paņēmienos barošanai tiek izmantots maiņstrāvas spriegums, un šīs padeves pozitīvā puscikla laikā plūst slodzes strāva. Ja slodze ir ļoti induktīva, strāva saglabāsies līdz brīdim, kad induktīvajā slodzē uzkrātā enerģija tiks izkliedēta. Negatīvā puscikla laikā, kad slodzes strāva kļūst nulle, tiristors izslēgsies. Ja spriegums pastāv ierīces nominālā izslēgšanās laika periodā, sprieguma negatīvā polaritāte izejošajā tiristorā to izslēgs.

F klases tips

Šeit puscikla ilgumam jābūt lielākam par tiristora izslēgšanās laiku. Šis komutācijas process ir līdzīgs trīsfāzu pārveidotāja koncepcijai. Pieņemsim, ka galvenokārt T1 un T11 veic vadību ar pārveidotāja iedarbināšanas leņķi, kas ir vienāds ar 60 grādiem un darbojas nepārtrauktā vadīšanas režīmā ar ļoti induktīvu slodzi.

Ja tiek iedarbināti tiristori T2 un T22, acumirklī strāva caur ienākošajām ierīcēm nepalielināsies līdz slodzes strāvas līmenim. Ja strāva caur ienākošajiem tiristoriem sasniedz slodzes strāvas līmeni, tiks uzsākts izejošo tiristoru komutācijas process. Šis tiristora pretējais slīpuma spriegums jāturpina, līdz tiek sasniegts uz priekšu bloķējošais stāvoklis.

Tiristoru komutācijas metožu kļūme

Tiristora komutācijas kļūme galvenokārt rodas tāpēc, ka tie ir komutēti ar līniju, un sprieguma kritums var izraisīt nepietiekamu komutācijas spriegumu, tāpēc izraisa kļūdu, tiklīdz tiek iedarbināts nākamais tiristors. Tātad komutācijas kļūme rodas vairāku iemeslu dēļ, no kuriem daži ir aplūkoti turpmāk.
Tiristori nodrošina diezgan lēnu reversās atkopšanas laiku, tāpēc galvenā reversā strāva var nodrošināt padeves vadību. Tas var nozīmēt “kļūmes strāvu”, kas parādās cikliskā veidā, ja saistītā enerģijas izkliede parādās SCR atteices gadījumā.

Elektriskajā ķēdē komutācija būtībā ir tad, kad strāvas plūsma plūst no viena ķēdes atzara uz otru. Komutācijas kļūme galvenokārt rodas tad, kad ceļa maiņa kāda iemesla dēļ neizdodas.
Invertoram vai taisngrieža ķēdei, kas izmanto SCR, komutācijas kļūme var notikt divu galveno iemeslu dēļ.

Ja tiristoru neizdodas ieslēgt, strāvas plūsma netiks pārslēgta, un komutācijas metode nepietiks. Līdzīgi, ja tiristors pietrūkst, lai izslēgtu, strāvas plūsma var daļēji mainīties uz nākamo atzaru. Tātad arī to uzskata par izgāšanos.

Atšķirība starp dabisko komutāciju un piespiedu komutācijas paņēmieniem

Atšķirības starp dabisko komutāciju un piespiedu komutāciju ir aplūkotas turpmāk.

Tiristoru var vienkārši saukt par kontrolētu taisngriezi. Ir dažādi tiristoru veidi, kurus izmanto jaudas elektronikas projektēšanai novatoriskus elektriskos projektus . Tiristora ieslēgšanas procesu, nodrošinot iedarbināšanas impulsus vārtu terminālim, sauc par iedarbināšanu. Līdzīgi tiristora izslēgšanas procesu sauc par komutāciju. Ceru, ka šajā rakstā ir sniegta īsa informācija par dažādām tiristora komutācijas metodēm. Papildu tehniskā palīdzība tiks sniegta, pamatojoties uz jūsu komentāriem un jautājumiem zemāk esošajā komentāru sadaļā.