Site Loader
Posted on 01.08.1985

Содержание

Запорный тиристорОписание устройства а также Обратное смещение

Ворот выключение тиристора (GTO) представляет собой особый тип тиристора , который является высокой мощностью полупроводникового устройства . Его изобрела компания General Electric . [1] GTO, в отличие от обычных тиристоров, представляют собой полностью управляемые переключатели, которые могут включаться и выключаться их третьим выводом, выводом затвора.

Запорный тиристор затвор (ГТО)

Упрощенное сечение тиристора ГТО

активный
General Electric
анод , вентиль , катод

Описание устройства

Эквивалентная схема тиристора ГТО

Обычные тиристоры ( выпрямители с кремниевым управлением ) не являются полностью управляемыми переключателями («полностью управляемый переключатель» можно включать и выключать по желанию). Тиристоры могут быть включены только с помощью провода затвора, но не могут быть выключены с помощью провода затвора. Тиристоры включаются стробирующим сигналом , но даже после того, как стробирующий сигнал деактивирован (удален), тиристор остается во включенном состоянии до тех пор, пока не произойдет условие выключения (которое может быть приложением обратного напряжения к клеммы или уменьшение прямого тока ниже определенного порогового значения, известного как «удерживающий ток»). Таким образом, тиристор ведет себя как обычный полупроводниковый диод после включения или «зажигания».

GTO может быть включен стробирующим сигналом, а также может быть выключен стробирующим сигналом отрицательной полярности.

Включение осуществляется импульсом «положительного тока» между клеммами затвора и катода. Поскольку затвор-катод ведет себя как PN-переход , между выводами будет относительно небольшое напряжение. Явление включения в GTO, однако, не так надежно, как SCR ( тиристор ), и небольшой положительный ток затвора должен поддерживаться даже после включения для повышения надежности.

Выключение осуществляется импульсом «отрицательного напряжения» между клеммами затвора и катода. Некоторая часть прямого тока (от одной трети до одной пятой) «украдена» и используется для создания напряжения катод-затвор, которое, в свою очередь, вызывает падение прямого тока, и GTO отключается (переход к «блокировке»). государственный.)

Тиристоры GTO страдают от долгого времени выключения, в результате чего после падения прямого тока существует длительное время задержки, когда остаточный ток продолжает течь до тех пор, пока весь оставшийся заряд устройства не будет снят. Это ограничивает максимальную частоту переключения примерно до 1 кГц. Однако можно отметить, что время выключения GTO примерно в десять раз быстрее, чем у сопоставимого SCR. [2]

Для облегчения процесса выключения тиристоры GTO обычно состоят из большого количества (сотен или тысяч) маленьких тиристорных ячеек, соединенных параллельно.

Характерная чертаОписаниеТиристор (1600 В, 350 А)GTO (1600 В, 350 А)
V T ONПадение напряжения в состоянии1,5 В3,4 В
т на , иг наВремя включения, ток затвора8 мкс, 200 мА2 мкс, 2 А
т выклВыключить время150 мкс15 мкс

Сравнение SCR и GTO с одинаковым рейтингом.

Распределенных буфер затвор выключение тиристора (DB-ГТО) представляет собой тиристорный с дополнительными слоями PN в области дрейфа для изменения формы профиля поля и повышения напряжения блокируется в выключенном состоянии. По сравнению с типичной структурой PNPN обычного тиристора, тиристор DB-GTO имеет структуру PN-PN-PN.

Обратное смещение

Тиристоры GTO доступны с возможностью обратной блокировки или без нее. Возможность обратной блокировки увеличивает прямое падение напряжения из-за необходимости иметь длинную низколегированную область P1.

Тиристоры GTO, способные блокировать обратное напряжение, известны как симметричные тиристоры GTO, сокращенно S-GTO. Обычно номинальное напряжение обратной блокировки и номинальное напряжение прямой блокировки одинаковы. Типичное применение симметричных тиристоров GTO — инвертор источника тока.

Тиристоры GTO, неспособные блокировать обратное напряжение, известны как асимметричные тиристоры GTO, сокращенно A-GTO, и обычно встречаются чаще, чем симметричные тиристоры GTO. Обычно они имеют номинал обратного пробоя в десятки вольт. Тиристоры A-GTO используются там, где либо параллельно применяется диод с обратной проводимостью (например, в инверторах источников напряжения), либо там, где обратное напряжение никогда не возникает (например, в импульсных источниках питания или тяговых прерывателях постоянного тока).

Тиристоры ГТО могут быть изготовлены с обратнопроводящим диодом в том же корпусе. Они известны как RCGTO, для тиристоров GTO с обратной проводимостью.

Безопасная рабочая зона

В отличие от биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT), тиристор GTO требует внешних устройств (« демпферных цепей») для формирования тока включения и выключения, чтобы предотвратить разрушение устройства.

Во время включения устройство имеет максимальное значение dI / dt, ограничивающее рост тока. Это необходимо для того, чтобы вся большая часть устройства могла включиться до достижения полного тока. Если этот рейтинг превышен, область устройства, ближайшая к контактам затвора, будет перегреваться и плавиться от перегрузки по току. Скорость dI / dt обычно регулируется добавлением насыщающегося реактора (демпфер включения), хотя включение dI / dt является менее серьезным ограничением для тиристоров GTO, чем для обычных тиристоров, из-за того, как GTO устроен так. построенный из множества параллельно включенных маленьких тиристорных ячеек. Сброс насыщающегося реактора обычно требует минимального времени простоя для схем на основе GTO.

Во время выключения прямое напряжение устройства должно быть ограничено до спада тока. Предел обычно составляет около 20% от номинального напряжения прямой блокировки. Если напряжение растет слишком быстро при выключении, не все устройство выключится, и GTO выйдет из строя, часто со взрывом, из-за высокого напряжения и тока, сосредоточенного на небольшой части устройства. Вокруг устройства добавлены существенные демпфирующие цепи, чтобы ограничить рост напряжения при выключении. Сброс демпферной цепи обычно требует минимального времени для схем на основе GTO.

Минимальное время включения и выключения достигается в цепях прерывателя двигателя постоянного тока за счет использования переменной частоты переключения при минимальном и максимальном рабочем цикле. http://www.circuitstoday.com/gate-turn-off-switch

  • Шах, Письма об электронике ПБ, т. 36, стр. 2108, (2000).
  • Shah, PB, Geil, BR, Ervin, ME et al. IEEE Trans. Электроэнергия, т. 17, стр. 1073, (2002).

О компании

 

АО «Орбита» — предприятие с более чем 50-ти летней историей, в настоящее время является признанным лидером в производстве изделий электронной техники (ИЭТ). За все время существования предприятием произведено несколько миллиардов полупроводниковых приборов и несколько сотен миллионов интегральных схем. Основными изделиями, выпускаемыми в настоящее время, являются ИЭТ для предприятий оборонного комплекса России. Среди них импульсные диоды, диоды Шоттки, быстровосстанавливающиеся диоды, стабилитроны, тиристоры, светоизлучательные индикаторы, операционные усилители, компараторы, интегральные прерыватели. АО «Орбита» одно из немногих предприятий в отрасли, имеющее собственное кристальное производство с проектными нормами  3. 0 мкм. Предприятие производит газообразный азот, водород и кислород, имеет собственную котельную. Для проведения фотолитографических операций в кристальном производстве запущены «чистые» комнаты класса 100.

Постоянные инновации и строгий контроль качества позволяют создавать по-настоящему качественную продукцию. Предприятие в числе первых ввело международную систему управления менеджмента качеством ИСО 9001, а также добровольно сертифицировало свою систему качества для поставок ИЭТ в интересах Министерства обороны России. На производстве организован индивидуальный подход к тестированию выпускаемой продукции – все узлы, детали и компоненты проходят тщательный двойной контроль, благодаря чему потребители дают самую высокую оценку нашей продукции

За время своей деятельности на рынке компания зарекомендовала себя как надежного производителя высококачественной продукции, постоянно заботясь об удовлетворении потребностей рынка в высококачественных изделиях и достойном уровне сервиса для своих клиентов. Визитной карточкой компании на рынке является высокое качество, доступные цены и своевременные поставки в любой регион России, а также стран ближнего и дальнего зарубежья.

Еще одним основным направлением деятельности предприятия является производство выпрямительных блоков и регуляторов напряжения для всех типов генераторов отечественных и ряда зарубежных автомобилей. Блоки и регуляторы поставляются как на отечественный рынок, так и экспортируются в страны ближнего и дальнего зарубежья. Данные изделия предприятием производятся для 14В и 28В автомобильных бортовых сетей с широким диапазоном рабочих токов – от 60А до 140А и более. Уникальные потребительские характеристики блоков и регуляторов подтверждены многочисленными наградами: «100 Лучших товаров России», «Лучшие товары Мордовии», а также «Золотым знаком качества» на международном конкурсе «Всероссийская марка (III тысячелетие)».

В 2004 году на предприятии освоен еще один вид нетрадиционной для завода продукции – электронные пускорегулирующие аппараты (ЭПРА), применяемые в светотехнической промышленности – в светильниках для бытовых и производственных помещений, уличного освещения, освещения салонов автобусов и троллейбусов, освещения теплиц для выращивания сельскохозяйственных культур и цветов. На базе ЭПРА для теплиц освоено производство светильника с питанием от сети 380В и мощностью 600Вт и 1000Вт. Управление светильником – индивидуальное, с помощью пульта дистанционного управления.

С IV квартала 2006 года компания занимается проектированием и производством электрооборудования для комплектования распределительных устройств закрытых трансформаторных подстанций и распределительных пунктов, главных распределительных щитов (ГРЩ) производственных и общественных зданий.

В конце 2007 года разработана конструкция и запущено производство комплектных трансформаторных подстанций наружной установки (КТПН) в облегченном варианте (без утепления), а также из сэндвич-панелей с отоплением.

Освоены и другие виды электрооборудования: шкафов оперативного постоянного тока (ШОТ), щитов вводно-распределительных модульных (ЩВР), комплектных распределительных устройств (КРУ), блочных комплектных трансформаторных подстанций (БКТП).

Благодаря особенностям конструкции, передовым схемотехническим решениям и применению комплектации проверенных поставщиков АО «Орбита» производит современное электрооборудование с улучшенными характеристиками, использование которого значительно сокращает потери при передаче электроэнергии и, как следствие, ведет к снижению издержек. Кроме того, электрооборудование, выпускаемое нашей компанией, обеспечивает надежную и безаварийную работу подстанции в целом, от чего зависит функционирование всех жизненно важных систем города: объектов энергетики и ЖКХ. В итоге – бесперебойное электроснабжение потребителей с минимальными затратами.

С 2010 года АО «Орбита» занимается разработкой и освоением микроэлектромеханических систем (МЭМС), предусматривающих наличие чувствительного элемента – сенсора, который преобразует некую физическую величину (ускорение, давление, температуру, усилие, перемещение и т.д.) в электрическую (сопротивление, емкость, индуктивность), которая  усиливается специальной схемой и трансформируется в выходной сигнал стандартного формата. В настоящее время освоена большая номенклатура чувствительных элементов, на базе которых осваиваются различные типы сенсоров, преобразователей и датчиков физических величин.

Основываясь на многолетнем производственном опыте, имея современное измерительное и испытательное оборудование и высококвалифицированных специалистов АО «Орбита» постоянно стремится к удовлетворению потребностей своих имеющихся и потенциальных клиентов в качественных и надежных продуктах и услугах, соответствующих современным мировым требованиям и стандартам.

МЫ ГОТОВЫ СОТРУДНИЧАТЬ С ВАМИ НА ВЗАИМОВЫГОДНЫХ УСЛОВИЯХ!

 

Преобразовательная подстанция HVDC — Википедия

Станция Дорси в Манитоба, Канада

An Преобразовательная подстанция HVDC (или просто преобразовательная станция) является специализированным типом подстанция который образует оконечное оборудование для постоянный ток высокого напряжения (HVDC) линия передачи.[1] Он преобразует постоянный ток в переменный ток или наоборот. В добавок к конвертер, станция обычно содержит:

  • трехфазный выключатель переменного тока
  • трансформаторы
  • конденсаторы или синхронные конденсаторы для реактивной мощности
  • фильтры для подавления гармоник, и
  • коммутационный аппарат постоянного тока.

Содержание

  • 1 Составные части
    • 1.1 Конвертер
    • 1.2 Оборудование постоянного тока
    • 1.3 Преобразователь трансформатор
    • 1.4 Реактивная сила
    • 1.5 Гармонические фильтры
    • 1. 6 Распределительное устройство переменного тока
  • 2 Другие
    • 2.1 Требуемая площадь
    • 2.2 Факторы местоположения
  • 3 Смотрите также
  • 4 Рекомендации

Составные части

Конвертер

Основная статья: Преобразователь HVDC

Клапанный зал на преобразовательной станции Анди, часть Система передачи постоянного тока на реке Нельсон в Канада.

Преобразователь обычно устанавливается в здании, называемом клапанный зал. Используемые ранние системы HVDC ртутно-дуговые клапаны, но с середины 1970-х годов твердотельные устройства, такие как тиристоры был использован. Преобразователи с тиристорами или ртутно-дуговыми клапанами известны как преобразователи с линейной коммутацией. В преобразователях на основе тиристоров многие тиристоры соединены последовательно, образуя тиристорный вентиль, и каждый преобразователь обычно состоит из шести или двенадцати тиристорных вентилей. Тиристорные вентили обычно сгруппированы парами или группами по четыре и могут стоять на изоляторах на полу или свешиваться на изоляторах с потолка.

Преобразователи с линейной коммутацией требуют напряжения от сети переменного тока для коммутации, но с конца 1990-х годов преобразователи с питанием от источника начали использоваться для HVDC. Преобразователи напряжения используют биполярные транзисторы с изолированным затвором вместо тиристоров, и они могут обеспечивать питание обесточенной системы переменного тока.

Почти все преобразователи, используемые для HVDC, могут работать с преобразованием мощности в любом направлении. Преобразование мощности из переменного в постоянный называется исправление а преобразование из постоянного в переменный называется инверсия.

Оборудование постоянного тока

Концевая заделка кабеля HVDC и сглаживающий реактор постоянного тока на Балтийский кабель Линия HVDC.

Оборудование постоянного тока часто включает катушка (называется реактор) что добавляет индуктивность последовательно с линией постоянного тока, чтобы помочь сгладить постоянный ток. Индуктивность обычно составляет 0,1 ЧАС и 1 Н. Сглаживающий реактор может иметь либо воздушный сердечник, либо железный сердечник. Катушки с железным сердечником выглядят как маслонаполненные трансформаторы высокого напряжения. Сглаживающие катушки с воздушным сердечником напоминают дроссельные катушки несущей частоты в высоковольтных линиях электропередачи, но значительно больше, чем изоляторы. Воздушные катушки имеют то преимущество, что они создают меньший акустический шум, чем катушки с железным сердечником, они устраняют потенциальную опасность для окружающей среды, связанную с разлитой нефтью, и они не насыщаются при переходных высоких токах. вина условия. В этой части завода также будут находиться приборы для измерения постоянного тока и напряжения.

Для устранения высокочастотных помех используются специальные фильтры постоянного тока. Такие фильтры необходимы, если линия передачи будет использовать связь по линии электропередач техники для связи и управления, или если воздушная линия будет проходить через населенные пункты. Эти фильтры могут быть пассивными LC фильтры или активные фильтры, состоящие из усилителя, соединенного через трансформаторы и защитные конденсаторы, который выдает сигнал, не совпадающий по фазе с сигналом помех в линии, тем самым подавляя его. Такая система использовалась на Балтийский кабель Проект HVDC.

Преобразователь трансформатор

Однофазный трехобмоточный преобразовательный трансформатор.

Конвертер трансформаторы активизировать Напряжение сети переменного тока. Использование звезды-дельты или «звезда-дельта «Соединение обмоток трансформатора, преобразователь может работать с 12 импульсами для каждого цикла в сети переменного тока, что устраняет многочисленные составляющие гармонического тока. Изоляция обмоток трансформатора должна быть специально спроектирована так, чтобы выдерживать большой потенциал постоянного тока относительно земли. Преобразователи трансформаторов могут быть построены до 300 мега вольт ампер (МВт ) как единое целое. Транспортировать трансформаторы большего размера непрактично, поэтому, когда требуются более высокие номиналы, несколько отдельных трансформаторов подключаются вместе. Могут использоваться либо два трехфазных блока, либо три однофазных блока. В последнем варианте используется только один тип трансформатора, что делает поставку запасного трансформатора более экономичной.

Преобразовательные трансформаторы работают с мощными ступенями с большим магнитным потоком в четырех ступенях преобразователя за цикл и поэтому производят больше акустического шума, чем обычные трехфазные силовые трансформаторы. Этот эффект следует учитывать при размещении преобразовательной подстанции HVDC. Могут быть применены шумопоглощающие кожухи.

Реактивная сила

Когда используются преобразователи с линейной коммутацией, преобразовательной подстанции потребуется от 40% до 60% номинальной мощности в качестве реактивной мощности. Это может быть обеспечено батареями коммутируемых конденсаторов или синхронные конденсаторы, или если подходящий электростанция находится недалеко от статической инверторной установки, генераторов на электростанции. Потребность в реактивной мощности может быть снижена, если преобразовательные трансформаторы оснащены переключателями ответвлений под нагрузкой с достаточным диапазоном ответвлений для регулирования напряжения переменного тока. Некоторая часть требуемой реактивной мощности может быть обеспечена компонентами фильтра гармоник.

Преобразователи с питанием от источника напряжения могут генерировать или поглощать как активную, так и реактивную мощность, и дополнительное оборудование для реактивной мощности обычно не требуется.

Гармонические фильтры

Фильтры гармоник необходимы для устранения гармонических волн и для выработки реактивной мощности на преобразовательных подстанциях с коммутацией линий. На предприятиях с коммутируемыми преобразователями с шестью импульсными линиями необходимы сложные фильтры гармоник, поскольку присутствуют нечетные гармоники порядков. 6п + 1 и 6п — 1 производимые на стороне переменного тока и даже гармоники порядка 6п на стороне постоянного тока. На 12-импульсных преобразовательных подстанциях только гармонические напряжения или токи порядка 12п + 1 и 12п — 1 (на стороне переменного тока) или 12п (на стороне постоянного тока) результат. Фильтры настроены на ожидаемые частоты гармоник и состоят из последовательных комбинаций конденсаторов и катушек индуктивности.

Преобразователи с питанием от источника напряжения обычно производят гармоники меньшей интенсивности, чем преобразователи с линейной коммутацией. В результате фильтры гармоник обычно меньше по размеру или их можно вообще не использовать.

Помимо фильтров гармоник, также предоставляется оборудование для устранения паразитных сигналов в диапазоне частот несущего оборудования линии электропередачи в диапазоне от 30 кГц до 500 кГц. Эти фильтры обычно находятся рядом с клеммой переменного тока статического инверторного трансформатора. Они состоят из катушки, пропускающей ток нагрузки, и параллельного конденсатора, образующего резонансный контур.

В особых случаях можно использовать исключительно машины для выработки реактивной мощности. Это реализуется на терминале HVDC Волгоград-Донбасс расположен на Волжская ГЭС.

Распределительное устройство переменного тока

Выключатель трехфазного переменного тока преобразовательной подстанции аналогичен коммутационному устройству подстанции переменного тока. Он будет содержать Автоматические выключатели для максимальной токовой защиты преобразовательных трансформаторов, разъединителей, заземляющих переключателей и измерительных трансформаторов для управления, измерения и защиты. На станции также будет молниеотводы для защиты оборудования переменного тока от молния скачки напряжения в системе переменного тока.

Другие

Требуемая площадь

Площадь, необходимая для преобразовательной подстанции, намного больше, чем у обычного трансформатора, например, площадка с мощностью передачи 600 мегаватт и напряжением передачи 400 кВ составляет приблизительно 300 x 300 метров (1000 x 1000 футов). Для установок с более низким напряжением может потребоваться несколько меньшая площадь земли, поскольку потребуется меньшее воздушное пространство вокруг наружного высоковольтного оборудования.

Факторы местоположения

Преобразовательные станции создают акустический шум. Преобразовательные станции могут создавать серьезные радиочастотные помехи, поэтому необходимо предусмотреть конструктивные особенности для контроля этих излучений. Arrillaga, Jos; Передача постоянного тока высокого напряжения, второе издание, Институт инженеров-электриков, ISBN  0 85296 941 4, 1998.

Высшие гармоники в электросетях

Высшие гармоники в сети.

           В связи с быстрым ростом применения устройств использующих в своей схеме тиристоры, которые часто генерируют в сеть гармоники, появилось достаточно большое количество возмущений в электросетях.
            Эти возмущения приводят к систематическому недопроизводству, а то и сбоям производственного оборудования. Поэтому, необходимо использовать фильтры гармоник для предотвращения роста уровня нелинейных искажений в сети, поглощения (тепловыделения) гармоник, а также для рационального использования электроэнергии.

Что такое гармоники?

            Искаженная кривая тока или напряжения может быть разложена на фундаментальную синусоиду (50 Гц) и сумму  определенного количества частот кратных 50 Гц. Например 250 Гц – 5-я гармоника и 350 Гц  — 7-я гармоника.
            Сумма  определенного количества частот, которые могут быть добавлены к синусоиде 50 Гц для получения существующей  формы тока или напряжения и называется гармониками. Соответственно при изменении их амплитуды, фазы и частоты изменяется  кривая тока или напряжения как результат синтеза гармоник.

            Нелинейные искажения проявляются как изменение синусоидальности кривой тока или напряжения. Частоты выше фундаментальной (50 Гц) называются гармониками, частоты ниже фундаментальной называются  субгармониками.
            Для примера на рисунке ниже искаженная кривая представлена как сумма фундаментальной частоты 50 Гц и суммы гармоник 5-ой (250 Гц) и 7-ой (350 Гц).


Искаженная кривая = 50 Гц основная частота + 5-я гармоника (250 Гц) + 7-я гармоника (250 Гц)

Источники (усилители) гармоник
  • Тиристорные контроллеры
  • Частотные приводы
  • Устройства плавного пуска двигателя
  • Конденсаторные установки для компенсации реактивной мощности (без фильтров)
  • Полупроводники
  • Дуговая сварка
  • Трансформаторы, реакторы
  • Нелинейная нагрузка искажающая форму кривой тока, что генерирует гармоники

Процесс инжиниринга для подавления гармоник
  • Сбор данных (состояние системы, гармонический спектр, THD предел)
  • Построение карты импедансов системы
  • Расчет импеданса гармоникам и определение порядка фильтра
  • Расчет перетоков гармоник
  • Отработка на специализрованном ПО
  • Проверка возможных ненормальных резонансов в системе, и вероятности усиления гармоник
  • Разработка и производство системы подавления гармоник
  • Проверка системы после инсталляции
  • Отчет о проделанных измерениях и внедренном оборудовании

Искажения (возмущения) вносимые гармониками

           Гармоники генерируемые источниками не остаются в системе а проявляются в соседних связанных электросетях и могут приводить к катастрофическим последствиям в других системах.

  • Перегрев и выход из строя трансформаторов
  • Увеличение тока, или перегрузка током конденсаторов и шум
  • Сбои в работе систем контроля
  • Изменение напряжения
  • Перегрузка вращающихся устройств
  • Ошибки срабатывания автоматических выключателей
  • Ошибки в коммуникационном оборудовании
  • Большой ток в нейтрали и низкое напряжение между фазой и PE

Что такое фильтр гармоник?

           Фильтр гармоник – устройство, которое подавляет и потребляет гармоники генерируемые различным оборудованием. Он состоит из резистора, катушки индуктивности (реактора ) и конденсатора.
           Типовой фильтр гармоник состоит из одиночных шунтирующих фильтров для гармоник низкого порядка (3-15 я). Эти фильтры настроены на частоту гармоники, которую они подавляют. Для гармоник более высокой частоты, устанавливаются дополнительные фильтры.

Эффективность фильтров гармоник.

  • Улучшение cos (φ) в сети (уменьшаются перетоки реактивной мощности, улучшается эффективность использования электроэнергии и как следствие снижаются затраты)
  • Подавление (вытягивание) гармоник из сети
  • Решение проблемы резонанса между индуктивностями и емкостями в системе
  • Увеличение производительности и срока службы оборудования на производстве вследствие контроля за качеством напряжения

Эти эффекты подавления гармоник тока фильтрами поясняются следующими схемами:




In  —  Генерируемый гармонический ток                                                        Zfn —

Ifn —  Гармонический ток на входе в фильтрующую систему

Isn — Гармонический ток поступающий в цепь трансформатора (генератора) – источника

       питания

Zfn – Входной импеданс фильтра (по отношению к гармоникам)

Zfn – Входной импеданс трансформатора (по отношению к гармоникам)

 

Европейский стандарт содержания гармоник в сети
Напряжение системыменее 35 кВБолее 35 кВ
THD U[%]3%1,5%

  
Предельные значения  THDI %, в зависимости от тока короткого замыкания Iкз и максимального потребляемого тока I п. макс.
 

Iкз / I п. макс. *<11 **11≤h<17
17≤h<23		23≤h<3535≤hTHD
<20***4,02,01,50,60,35,0
20<507,03,52,51,00,58,0
50<10010,04,54,01,50,712,0
100<100012,05,55,02,01,015,0
>100015,07,06,02,51,420,0

 
* — Максимальное искажение по току в % I п. макс. (первой гармоники = 50 Гц)

** — Порядок гармоники (нечетные)

*** — Все энергогенерирующее оборудование ограничивается значениями нелинейных искажений по току в зависимости величины отношения тока короткого замыкания Iкз и максимального потребляемого тока I п. макс. 

Примечание

— Четные гармоники лимитируются на уровне 25% от величины нечетной гармоники
— Нелинейные искажения по току могут проявляться как появление постоянной составляющей в синусоиде, что приводит к перегреву (перенасыщению) силовых трансформаторов постоянным током, поэтому применение однополупериодных схем выпрямления (конвертеров) не допустимо.

Предельные значения  нелинейных искажений по напряжению (IEEE Std 519-1992)
Напряжение на шинахНелинейные искажения по гармоникам,  %THD, %
69 кВ и ниже3,05,0
от 69,001 кВ до 161кВ1,52,5
свыше 161,001 кВ1,01,5

ЗАПИРАНИЕ ОДНООПЕРАЦИОННОГО ТИРИСТОРА ПРОИСХОДИТ ПРИ — Тиристор — Википедия

Ток снижался до нуля и тиристора запирался. Если полярность напряжения между анодом и катодом сменить на обратную, то переходы J1 и J3 будут смещены в обратном направлении, а J2 — в прямом. Параметр diкрит/dt является справочным и указывается в каталогах на каждую модель тиристора. Запираемые тиристоры, в отличие от обычных тиристоров, под воздействием тока управляющего электрода могут переходить из закрытого состояния в открытое состояние, и наоборот.

Тиристор является силовым электронным не полностью управляемым ключом. Поэтому иногда в технической литературе его называют однооперационным тиристором, который может сигналом управления переводиться только в проводящее состояние, т. е. включаться.

Включение обычного тиристора осуществляется подачей импульса тока в цепь управления положительной, относительно катода, полярности. Среди способов выключения тиристоров принято различать естественное выключение (или естественную коммутацию) и принудительное (или искусственную коммутацию).

6.2.3. Режим непрерывного тока при работе на активноиндуктивную нагрузку.

В схеме на рис. 3,в включение тиристора VS на комплексную RLC-нагрузку вызовет переходный процесс.

Угол называется углом управления или углом отпирания тиристора. Статическая ВАХ запираемых тиристоров в прямом направлении идентична ВАХ обычных тиристоров. Однако блокировать большие обратные напряжения запираемый тиристор обычно не способен и часто соединяется со встречно-параллельно включенным диодом.

Запираемые тиристоры также имеют более низкие значения предельных напряжений и токов (примерно на 20-30 %) по сравнению с обычными тиристорами. Кроме запираемых тиристоров разработана широкая гамма тиристоров различных типов, отличающихся быстродействием, процессами управления, направлением токов в проводящем состоянии и т.д.

Тиристорам, как и диодам, присуще явление протекания обратного тока восстановления, резкое спадание которого до нуля усугубляет возможность возникновения перенапряжений с высоким значением duAC/dt.

6.2.4. Коммутация тока в однофазных выпрямителях.

Поэтому для защиты тиристоров обычно используют различные схемы ЦФТП, которые в динамических режимах осуществляют защиту от недопустимых значений diA/dt и duAC/dt. Для этой цели обычно используют RC-цепи, подключаемые параллельно тиристору. Существуют различные схемотехнические модификации RC-цепей и методики расчета их параметров для разных условий использования тиристоров. Для запираемых тиристоров применяются цепи формирования траектории переключения, аналогичных по схемотехнике ЦФТП транзисторов.

Тиристор можно рассматривать как электронный выключатель (ключ). Вольт-амперная характеристика (ВАХ) тиристора нелинейна и показывает, что сопротивление тиристора отрицательное дифференциальное.

После перехода тиристора в открытое состояние он остаётся в этом состоянии даже после прекращения управляющего сигнала. Тиристор остаётся в открытом состоянии до тех пор, пока протекающий через него ток превышает некоторую величину, называемую током удержания.

6.2.1. Работа на активную нагрузку

Прибор, не содержащий управляющих электродов называется диодным тиристором или динистором. Прибор, содержащий один управляющий электрод, называют триодным тиристором или тринистором (иногда просто тиристором, хотя это не совсем правильно). В зависимости от того, к какому слою полупроводника подключён управляющий электрод, тринисторы бывают управляемыми по аноду и по катоду. Описанные выше приборы бывают двух разновидностей: пропускающие ток в одном направлении (от анода к катоду) и пропускающие ток в обоих направлениях.

Тиристоры, имеющие управляющий электрод, делятся на запираемые и незапираемые. Такие тиристоры закрываются, когда протекающий через них ток становится меньше тока удержания. Аналогично коллекторный ток p-n-p транзистора и управляющий ток Ig{\displaystyle I_{g}} втекают в базу n-p-n транзистора.

Двухтранзисторная модель используется не только для изучения и описания процессов, происходящих в тиристоре. Включение p-n-p и n-p-n реальных транзисторов по приведенной схеме является схемотехническим аналогом тиристора и иногда используется в электронной аппаратуре. Когда тиристор находится во включенном состоянии, все три перехода смещены в прямом направлении.

Данный эффект ограничивает использование тиристоров в высокочастотных схемах, хотя иногда применяется для управления тиристором. Чтобы закрыть запираемый тиристор, необходимо через управляющий электрод пропустить ток противоположной полярности, чем полярность, которая вызывала его открытие. Симистор (симметричный тиристор) представляет собой полупроводниковый прибор, по своей структуре является аналогом встречно-параллельного включения двух тиристоров.

Также следует помнить, что не все тиристоры допускают приложение обратного напряжения, сравнимого с допустимым прямым напряжением. Добрый вечер хабр. Поговорим о таком приборе, как тиристор. Тиристор — это полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три или больше взаимодействующих выпрямляющих перехода. На рисунке представлен обычный вид тиристора.

В зависимости от количества выводов можно вывести классификацию тиристоров. По сути все очень просто: тиристор с двумя выводами называется динисторами (соответственно имеет только анод и катод). Тиристор с тремя и четырьмя выводами, называются триодными или тетродными. Также бывают тиристоры и с большим количеством чередующихся полупроводниковых областей. Одним из самых интересных является симметричный тиристор (симистор), который включается при любой полярности напряжения.

Переключение в закрытое состояние обычных тиристоров производят либо снижением тока через тиристор до значения Ih, либо изменением полярности напряжения между катодом и анодом.

GOS for Iphone / mobile / Приводы роботов / Понятия / тиристоры

Тиристор

[править] Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Перейти к: навигация, поиск

Обозначение на схемах

Тиристор — полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя или более p-n переходами и имеющий два устойчивых состояния: закрытое состояние, т. е. состояние низкой проводимости (тиристор заперт) и открытое состояние, т. е. состояние высокой проводимости. Таким образом, тиристор можно рассматривать как электронный выключатель (ключ). Основное применение тиристоров

— управление мощной нагрузкой с помощью слабых сигналов, а также переключающие устройства. Существуют различные виды тиристоров, которые подразделяются, главным образом, по способу управления и по проводимости. Различие по проводимости означает, что бывают тиристоры, проводящие ток в одном направлении (например тринистор, изображённый на рисунке) и в двух направлениях (например, симисторы, симметричные динисторы). Тиристор имеет нелинейную вольтамперную характеристику (ВАХ) с участком отрицательного дифференциального сопротивления. По сравнению, например, с транзисторными ключами, управление тиристором имеет некоторые особенности. Переход тиристора из одного состояния в другое в электрической цепи происходит скачком (лавинообразно) и осуществляется внешним воздействием на прибор: либо напряжением (током), либо светом (для фототиристора). После перехода тиристора в открытое состояние он остаётся в этом состоянии даже после прекращения управляющего сигнала, если протекающий через тиристор ток превышает некоторую величину, называемую током удержания.

Содержание

[убрать]

1 Устройство и основные виды тиристоров

2 Вольтамперная характеристика тиристора

3 Режимы работы триодного тиристора

o 3. 1 Режим обратного запирания

o3.2 Режим прямого запирания

3.2.1 Двухтранзисторная модель o 3.3 Режим прямой проводимости

4 Отличие динистора от тринистора

5 Симистор

6 Характеристики тиристоров

7 Применение

8 См. также

9 Примечания

10 Литература

11 Ссылки

[править] Устройство и основные виды тиристоров

Рис. 1. Схемы тиристора: a) Основная четырёхслойная p-n-p-n структура b) Диодный тиристор с) Триодный тиристор.

Основная схема тиристорной структуры показана на рис. 1. Она представляет собой четырёхслойный полупроводник структуры p-n-p-n, содержащий три последовательно соединённых p-n перехода J1, J2, J3. Контакт к внешнему p-слою называется анодом, к внешнему n-слою — катодом. В общем случае p-n-p-n прибор может иметь до двух управляющих электродов (баз), присоединённых к внутренним слоям. Прибор без управляющих электродов называется диодным тиристором или динистором. Такие приборы управляются напряжением, приложенным между основными электродами. Прибор с одним управляющим электродом называют триодным тиристором или тринистором[1] (иногда просто тиристором, хотя это не совсем правильно). Описанные выше приборы бывают двух разновидностей: пропускающие ток в одном направлении (от анода к катоду) и пропускающие ток в обоих направлениях. В последнем случае соответствующие приборы называются симметричными (так как их ВАХ симметрична) и обычно имеют пятислойную структуру полупроводника. Симметричный тринистор называется также симистором или триаком (от англ. triac). Следует заметить, что вместо симметричных динисторов, называемых также диаками (от англ. diac), часто применяются их интегральные аналоги, обладающие лучшими параметрами.

[править] Вольтамперная характеристика тиристора

Рис. 2. Вольтамперная характеристика тиристора

Типичная ВАХ тиристора, проводящего в одном направлении (с управляющими электродами или без них), приведена на рис 2. Она имеет несколько участков:

Между точками 0 и 1 находится участок, соответствующий высокому сопротивлению прибора — прямое запирание.

В точке 1 происходит включение тиристора.

Между точками 1 и 2 находится участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

Участок между точками 2 и 3 соответствует открытому состоянию (прямой проводимости).

В точке 2 через прибор протекает минимальный удерживающий ток Ih.

Участок между 0 и 4 описывает режим обратного запирания прибора.

Участок между 4 и 5 — режим обратного пробоя.

Вольтамперная характеристика симметричных тиристоров отличается от приведённой на рис. 2 тем, что кривая в третьей четверти графика повторяет участки 0—3 симметрично относительно начала координат.

По типу нелинейности ВАХ тиристор относят к S-приборам.

[править] Режимы работы триодного тиристора

[править] Режим обратного запирания

Рис. 3. Режим обратного запирания тиристора

Два основных фактора ограничивают режим обратного пробоя и прямого пробоя:

1.Лавинный пробой.

2.Прокол обеднённой области.

Врежиме обратного запирания к аноду прибора приложено напряжение, отрицательное по отношению к катоду; переходы J1 и J3 смещены в обратном направлении, а переход J2 смещён в прямом (см. рис. 3). В этом случае большая часть приложенного напряжения падает на одном из переходов J1 или J3 (в зависимости от степени легирования различных

областей). Пусть это будет переход J1. В зависимости от толщины Wn1 слоя n1 пробой вызывается лавинным умножением (толщина обеднённой области при пробое меньше

Wn1) либо проколом (обеднённый слой распространяется на всю область n1, и происходит смыкание переходов J1 и J2).

[править] Режим прямого запирания

При прямом запирании напряжение на аноде положительно по отношению к катоду и обратно смещён только переход J2. Переходы J1 и J3 смещены в прямом направлении. Большая часть приложенного напряжения падает на переходе J2. Через переходы J1 и J3 в области, примыкающие к переходу J2, инжектируются неосновные носители, которые уменьшают сопротивление перехода J2, увеличивают ток через него и уменьшают падение напряжения на нём. При повышении прямого напряжения ток через тиристор сначала растёт медленно, что соответствует участку 0-1 на ВАХ. В этом режиме тиристор можно считать запертым, так как сопротивление перехода J2 всё ещё очень велико. По мере увеличения напряжения на тиристоре снижается доля напряжения, падающего на J2, и быстрее возрастают напряжения на J1 и J3, что вызывает дальнейшее увеличение тока через тиристор и усиление инжекции неосновных носителей в область J2. При некотором значении напряжения (порядка десятков или сотен вольт), называется напряжением переключения VBF (точка 1 на ВАХ), процесс приобретает лавинообразный характер, тиристор переходит в состояние с высокой проводимостью (включается), и в нём устанавливается ток, определяемый напряжением источника и сопротивлением внешней цепи.

[править] Двухтранзисторная модель

Для объяснения характеристик прибора в режиме прямого запирания используется двухтранзисторная модель. Тиристор можно рассматривать как соединение p-n-p транзистора с n-p-n транзистором, причём коллектор каждого из них соединён с базой другого, как показано на рис. 4 для триодного тиристора. Центральный переход действует как коллектор дырок, инжектируемых переходом J1, и электронов, инжектируемых переходом J3. Взаимосвязь между токами эмиттера IE, коллектора IC и базы IB и статическим коэффициентом усиления по току α1 p-n-p транзистора также приведена на рис. 4, где IСо— обратный ток насыщения перехода коллектор-база.

Рис. 4. Двухтранзисторная модель триодного тиристора, соединение транзисторов и соотношение токов в p-n-p транзисторе.

Аналогичные соотношения можно получить для n-p-n транзистора при изменении направления токов на противоположное. Из рис. 4 следует, что коллекторный ток n-p-n транзистора является одновременно базовым током p-n-p транзистора. Аналогично коллекторный ток p-n-p транзистора и управляющий ток Ig втекают в базу n-p-n транзистора. В результате, когда общий коэффициент усиления в замкнутой петле превысит 1, оказывается возможным регенеративный процесс.

Ток базы p-n-p транзистора равен IB1 = (1 — α1)IA — ICo1. Этот ток также протекает через коллектор n-p-n транзистора. Ток коллектора n-p-n транзистора с коэффициентом усиления α2 равен IC2 = α2IK + ICo2.

Приравняв IB1 и IC2, получим (1 — α1)IA — ICo1 = α2IK + ICo2. Так как IK = IA + Ig, то

Рис. 5. Энергетическая зонная диаграмма в режиме прямого смещения: состояние равновесия, режим прямого запирания и режим прямой проводимости.

Это уравнение описывает статическую характеристику прибора в диапазоне напряжений вплоть до пробоя. После пробоя прибор работает как p-i-n-диод. Отметим, что все слагаемые в числителе правой части уравнения малы, следовательно, пока член α1 + α2 < 1, ток IA мал. (Коэффициенты α1 и α2 сами зависят от IA и обычно растут с увеличением тока) Если α1 + α2 = 1, то знаменатель дроби обращается в нуль и происходит прямой пробой (или включение тиристора). Следует отметить, что если полярность напряжения между анодом и катодом сменить на обратную, то переходы J1 и J3 будут смещены в обратном направлении, а J2 — в прямом. При таких условиях пробой не происходит, так как в качестве эмиттера работает только центральный переход и регенеративный процесс становится невозможным.

Ширина обеднённых слоёв и энергетические зонные диаграммы в равновесии, в режимах прямого запирания и прямой проводимости показаны на рис. 5. В равновесии обеднённая область каждого перехода и контактный потенциал определяются профилем распределения примесей. Когда к аноду приложено положительное напряжение, переход J2 стремится сместиться в обратном направлении, а переходы J1 и J3 — в прямом. Падение напряжения между анодом и катодом равно алгебраической сумме падений напряжения на переходах: VAK = V1 + V2 + V3. По мере повышения напряжения возрастает

ток через прибор и, следовательно, увеличиваются α1 и α2. Благодаря регенеративному характеру этих процессов прибор в конце концов перейдёт в открытое состояние. После включения тиристора протекающий через него ток должен быть ограничен внешним сопротивлением нагрузки, в противном случае при достаточно высоком напряжении тиристор выйдет из строя. Во включенном состоянии переход J2 смещён в прямом направлении (рис. 5, в), и падение напряжения VAK = (V1 — |V2| + V3) приблизительно равно сумме напряжения на одном прямосмещенном переходе и напряжения на насыщенном, транзисторе.

[править] Режим прямой проводимости

Когда тиристор находится во включенном состоянии, все три перехода смещены в прямом направлении. Дырки инжектируются из области p1, а электроны — из области n2, и структура n1-p2-n2 ведёт себя аналогично насыщенному транзистору с удалённым

диодным контактом к области n1. Следовательно, прибор в целом аналогичен p-i-n (p+-i- n+)-диоду…

[править] Отличие динистора от тринистора

Принципиальных различий между динистором и тринистором нет, однако если включение динистора происходит при достижении между выводами анода и катода определённого напряжения, зависящего от типа данного динистора, то в тринисторе напряжение включения может быть специально снижено, путём подачи импульса тока определённой длительности и величины на его управляющий электрод при положительной разности потенциалов между анодом и катодом, и конструктивно тринистор отличается только наличием управляющего электрода. Тринисторы являются наиболее распространёнными приборами из «тиристорного» семейства.

Выключение тиристоров производят либо снижением тока через тиристор до значения Ih, либо изменением полярности напряжения между катодом и анодом. В настоящее время разработан целый класс запираемых тиристоров, которые переходят в закрытое состояние после подачи на управляющий электрод напряжения отрицательной полярности.

[править] Симистор

Основная статья: Симистор

Симистор представляет собой тиристор, подобный двум встречно-параллельным тиристорам, который может проводить электрический ток в обоих направлениях. Конструктивно это более сложный прибор, чем динистор или тринистор.

[править] Характеристики тиристоров

Современные тиристоры изготовляют на токи от 1 мА до 10 кА; на напряжения от нескольких В до нескольких кВ; скорость нарастания в них прямого тока достигает 109 А/сек, напряжения — 109 В/сек, время включения составляет величины от нескольких десятых долей до нескольких десятков мкс, время выключения — от нескольких единиц до нескольких сотен мкс; кпд достигает 99 %.

[править] Применение

Электронные ключи

Управляемые выпрямители

Преобразователи (инверторы)

Регуляторы мощности (триммеры)

CDI

Определение

в кембриджском словаре английского языка

Примеры тиристора

тиристора

В первичной низковольтной цепи это тиристорные выключатели; во вторичной высоковольтной цепи — газовый разрядник.

Из Кембриджского корпуса английского языка