Методе комутације тиристора у енергетској електроници

Већина опрема претварача и прекидачки режим напајања уређаји на струју компоненте као што су тиристори, МОСФЕТ и други моћни полупроводнички уређаји за високофреквентне преклопне операције при великим снагама. Узмимо у обзир тиристоре које врло често користимо као бистабилне склопке у неколико примена. Ови тиристори користе прекидаче за укључивање и искључивање. За укључивање тиристора постоје неке методе за укључивање тиристора које се називају тиристорске методе окидања. Слично томе, за искључивање тиристора постоје методе које се називају тиристорске комутационе методе или технике. Пре него што разговарамо о техникама комутације тиристора, морамо знати нешто о основама тиристора, као што су тиристор, рад тиристора, различите врсте тиристора и методе укључивања тиристора.

Шта је тиристор?

Два до четири оловна полупроводничка уређаја која се састоје од четири слоја наизменичних материјала типа Н и П називају се тиристори. Они се обично користе као двостабилни прекидачи који ће се проводити само када се окидач порта тиристора активира. Тиристор се назива и силиконски контролисан исправљач или СЦР.

Тиристор

Шта је комутација СЦР-а?

Комутација није ништа друго до метода ИСКЉУЧИВАЊА СЦР-а. То је једна метода која се користи за пребацивање СЦР-а или тиристора из стања ОН у стање ОФФ. Знамо да се СЦР може активирати коришћењем гејт сигнала према СЦР-у када је у пристрасности преусмеравања. Али СЦР се мора искључити када је то потребно за контролу напајања, у супротном за кондиционирање снаге.

Комутациони круг за СЦР

Када се СЦР креће у режиму вођења унапред, његов терминал на порталу губи контролу. За то би требало користити неки додатни круг за искључивање тиристора / СЦР. Дакле, овај додатни круг назива се комутациони круг.

Дакле, овај термин се углавном користи за пренос струје из једне у другу ане. Коло комутације углавном смањује предњу струју на нулу да би ИСКЉУЧИО тиристор. Дакле, требало би да буду испуњени следећи услови за искључивање тиристора када он проводи.

• Предња струја тиристора или СЦР треба да буде смањена на нулу, иначе под нивоом задржавајуће струје.
• Преко СЦР / тиристора треба обезбедити довољан реверзни напон да би се опоравило његово стање блокирања.

Једном када се СЦР ИСКЉУЧИ смањивањем предње струје на нулу, у различитим слојевима постоје вишак носача наелектрисања. Да би се опоравило стање блокирања тиристора унапред, ови вишак носача наелектрисања треба рекомбиновати. Дакле, овај метод рекомбинације може се убрзати применом обрнутог напона на тиристору.

Методе комутације тиристора

Као што смо претходно проучавали, тиристор се може укључити покретањем вратне стезаљке са краткотрајним импулсом ниског напона. Али након укључивања, непрекидно ће се понашати све док тиристор не буде уназад преусмерен или струја оптерећења не падне на нулу. Ова континуирана проводљивост тиристора узрокује проблеме у неким применама. Процес који се користи за искључивање тиристора назива се комутација. Процесом комутације режим рада тиристора се мења из режима вођења унапред у режим блокирања унапред. Дакле, за искључивање се користе методе комутације тиристора или технике комутације тиристора.

Технике комутације тиристора класификују се у две врсте:

• Природна комутација
• Принудна комутација

Природна комутација

Генерално, ако узмемо у обзир напајање наизменичном струјом, струја ће тећи кроз линију преласка нуле док иде од позитивног до негативног врха. Тако ће се истовремено појавити обрнути напон на уређају, који ће одмах искључити тиристор. Овај процес се назива природна комутација јер се тиристор природно искључује без употребе било каквих спољних компоненти или кола или напајања у сврхе комутације.

Природна комутација може се приметити у регулаторима наизменичног напона, фазно контролисаним исправљачима и цикло претварачима.

Принудна комутација

Тиристор се може искључити обрнутим одступањем СЦР-а или употребом активних или пасивних компоненти. Тиристорска струја се може смањити на вредност испод вредности задржавајуће струје. Будући да је тиристор насилно искључен, он се назива присилним процесом комутације. Тхе основна електроника и електричне компоненте као што су индуктивност и капацитивност користе се као комутациони елементи у сврхе комутације.

Принудна комутација се може посматрати док се користи напајање једносмерном струјом, па се стога назива и ДЦ комутација. Спољни круг који се користи за поступак присилне комутације назива се комутациони круг, а елементи који се користе у овом колу називају се комутирајућим елементима.

Класификација метода присилне комутације

Овде се у наставку говори о класификацији метода тиристорске комутације. Његова класификација се углавном врши у зависности од тога да ли је импулс комутације тренутни импулс напонског импулса, да ли је повезан серијски / паралелно кроз СЦР који треба комутирати, да ли се сигнал даје преко помоћног или главног тиристора, да ли је коло комутације се наплаћује из помоћног или главног извора. Класификација претварача се углавном може извршити на основу локације комутационих сигнала. Принудна комутација може се класификовати у различите методе на следећи начин:

• Класа А: Самоуређивање резонантним оптерећењем
• Класа Б: Самоконтинуирана помоћу ЛЦ кола
• Класа Ц: Цор Л-Ц пребачен другим СЦР-ом за пренос терета
• Класа Д: Ц или Л-Ц пребачена помоћу помоћног СЦР-а
• Класа Е: Спољни импулсни извор за комутацију
• Класа Ф: комутација наизменичне струје

Класа А: Самокомутација резонантним оптерећењем

Класа А је једна од често коришћених техника комутације тиристора. Ако се тиристор покрене или укључи, пуњење ће тећи анодна струја кондензатор Ц. са тачком као позитивном. Потпуно пригушени круг другог реда формира индуктор или АЦ отпорник , кондензатор и отпорник. Ако се струја акумулира кроз СЦР и заврши полуциклус, тада ће струја индуктора тећи кроз СЦР у обрнутом смеру што ће искључити тиристор.

Метода комутације тиристора класе А.

Након комутације тиристора или искључивања тиристора, кондензатор ће почети да се празни од своје вршне вредности кроз отпор на експоненцијални начин. Тиристор ће бити у обрнутом стању преднапона док се напон кондензатора не врати на ниво напона напајања.

Класа Б: Самометација помоћу Л-Ц кола

Главна разлика између метода комутације тиристора класе А и класе Б је у томе што је ЛЦ повезан у серију са тиристорима класе А, док се паралелно са тиристорима класе Б. Пре активирања на СЦР, кондензатор се напуни (тачка означава позитиван). Ако се СЦР активира или му се да импулсни импулс, тада резултујућа струја има две компоненте.

Метода комутације тиристора класе Б.

Стална струја оптерећења која тече кроз Р-Л оптерећење обезбеђује се великом реактанцијом која је серијски повезана са оптерећењем које је стегнуто слободним дијелом. Ако синусоидна струја протиче кроз резонантни Л-Ц круг, тада се кондензатор Ц на крају полуциклуса напуни тачком као негативном.

Укупна струја која тече кроз СЦР постаје нула са обрнутом струјом која протиче кроз СЦР супротстављајући се струји оптерећења за мали део негативног замаха. Ако струја резонантног круга или реверзна струја постане само већа од струје оптерећења, тада ће се СЦР ИСКЉУЧИТИ.

Класа Ц: Ц или Л-Ц пребачена другим СЦР за пренос терета

У горе наведеним методама комутације тиристора, приметили смо само један СЦР, али у овим техникама комутације тиристора класе Ц биће два СЦР-а. Један СЦР се сматра главним тиристором, а други као помоћни тиристор. У овој класификацији, оба могу деловати као главни СЦР-ови који носе струју оптерећења и могу се пројектовати са четири СЦР-а са оптерећењем преко кондензатора коришћењем извора струје за напајање интегралног претварача.

Метода комутације тиристора класе Ц.

Ако се тиристор Т2 покрене, кондензатор ће се напунити. Ако се тиристор Т1 покрене, тада ће се кондензатор испразнити и ова струја пражњења Ц супротставит ће се току струје оптерећења у Т2 док се кондензатор пребацује преко Т2 преко Т1.

Класа Д: Л-Ц или Ц Пребачена помоћу помоћног СЦР-а

Методе комутације тиристора класе Ц и класе Д могу се разликовати од струје оптерећења у класи Д: само један од СЦР-а носиће струју оптерећења, док други делује као помоћни тиристор, док ће у класи Ц оба СЦР-а носити струју оптерећења. Помоћни тиристор се састоји од отпорника у својој аноди који има отпор отприлике десет пута већи од отпора оптерећења.

Класа Д Тип

Покретањем Та (помоћног тиристора) кондензатор се пуни до напона напајања и тада ће се Та искључити. Додатни напон ако постоји због велике индуктивности на улазним водовима празниће се кроз круг диода-индуктор-оптерећење.

Ако се активира Тм (главни тиристор), тада ће струја тећи у две путање: комутациона струја ће тећи кроз путању Ц-Тм-Л-Д, а струја оптерећења ће тећи кроз терет. Ако се наелектрисање на кондензатору обрне и задржи на том нивоу помоћу диоде и ако се Та поново покрене, тада ће се напон на кондензатору појавити преко Тм преко Та. Тако ће се искључити главни тиристор Тм.

Класа Е: Спољни извор импулса за комутацију

За технике тиристорске комутације класе Е, трансформатор не може да се засити (јер има довољно гвожђа и ваздушног размака) и способан је да носи струју оптерећења са малим падом напона у поређењу са напоном напајања. Ако се тиристор Т покрене, тада ће струја тећи кроз теретни и импулсни трансформатор.

Класа Е Тип

Спољни генератор импулса користи се за генерисање позитивног импулса који се преко импулсног трансформатора напаја на катоду тиристора. Кондензатор Ц је напуњен на око 1в и сматра се да има нулту импедансу за време трајања искључивања импулса. Напон на тиристору обрнут је импулсом из електрични трансформатор који напаја обрнуту струју опоравка и током потребног времена искључивања држи негативни напон.

Класа Ф: АЦ линија комутације

У техникама комутације тиристора класе Ф користи се наизменични напон за напајање и током позитивног полуциклуса овог напајања струја оптерећења ће тећи. Ако је оптерећење високо индуктивно, тада ће струја остати све док се енергија ускладиштена у индуктивном оптерећењу не расипи. Током негативног полуцикла када струја оптерећења постане нула, тиристор ће се искључити. Ако напон постоји током периода предвиђеног времена искључивања уређаја, тада ће га искључити негативни поларитет напона на излазном тиристору.

Класа Ф Тип

Овде трајање полуциклуса мора бити веће од времена искључивања тиристора. Овај процес комутације сличан је концепту трофазног претварача. Размотримо, првенствено Т1 и Т11 проводе са углом окидања претварача, који је једнак 60 степени и ради у режиму континуиране проводљивости са високо индуктивним оптерећењем.

Ако се тиристори Т2 и Т22 активирају, тада тренутна струја кроз долазне уређаје неће порасти до нивоа струје оптерећења. Ако струја кроз улазни тиристори достигне ниво струје оптерећења, тада ће бити покренут процес комутације одлазних тиристора. Овај обрнути напон одступања тиристора треба наставити док се не постигне стање блокирања напред.

Неуспех метода тиристорске комутације

Квар комутације тиристора углавном се јавља зато што су они комутирани линијом и пад напона може довести до неадекватног напона за комутацију, па узрокује квар када се следећи тиристор активира. Дакле, неуспех комутације јавља се из неколико разлога, од којих су неки размотрени у наставку.
Тиристори пружају прилично споро време опоравка уназад, тако да главна реверзна струја може да се напаја у вођењу унапред. То може означавати „струју квара“, која се појављује на цикличан начин повезаним расипањем снаге која долази у видљиво стање код квара СЦР-а.

У електричном колу комутација је у основи када тренутни ток пређе са једне гране кола на другу. До неуспеха комутације долази углавном када промена путање не успе из било ког разлога.
За претварач или исправљачки круг који користи СЦР-ове, квар комутације може се догодити из два основна разлога.

Ако се тиристор не успије укључити, проток струје се неће пребацити и метода комутације неће успјети. Слично томе, ако тиристор не успе да се искључи, тада струја може делимично комутирати према следећој грани. Дакле, ово се такође сматра неуспехом.

Разлика између техника природне комутације и техника присилне комутације

Разлике између природне и присилне комутације разматране су у наставку.

Тиристор се може једноставно назвати контролисаним исправљачем. Постоје различите врсте тиристора, који се користе за пројектовање на бази енергетске електронике иновативни електрични пројекти . Процес укључивања тиристора давањем импулса за окидање на терминал капије назива се окидање. Слично томе, процес искључивања тиристора назива се комутација. Надам се да ће овај чланак дати кратке информације о различитим техникама комутације тиристора. Даља техничка помоћ ће бити пружена на основу ваших коментара и упита у одељку за коментаре у наставку.