Site Loader

Содержание

схема включения и способы управления. Что такое тиристор? Подробное описание полупроводника

Появление четырехслойных p-n-p-n полупроводниковых элементов совершило настоящий прорыв в силовой электронике. Такие устройства получили название «тиристоров». Кремниевые управляемые вентили являются наиболее распространенным семейством тиристоров.

Данный вид полупроводниковых приборов имеет следующую структуру:

Как видим из структурной схемы тиристор имеет три вывода – катод, управляющий электрод и анод. Подключению к силовым цепям подлежат анод и катод, а управляющий электрод подключается к системе управления (слаботочные сети) для управляемого открытия тиристора.

На принципиальных схемах тиристор имеет такое обозначение:

Вольт-амперная характеристика показана ниже:

Давайте подробнее рассмотрим эту характеристику.

Обратная ветвь характеристики

В третьем квадранте характеристики диодов и тиристоров равны. Если к аноду приложить отрицательный потенциал относительно катода, то к J 1 и J 3 прикладывается обратное напряжение, а к J 2 — прямое, что вызовет протекание тока обратного (он очень мал, как правило несколько миллиампер).

Когда же это напряжение увеличится до так называемого напряжения пробоя, произойдет лавинное нарастание тока между J 1 и J 3 . При этом, если данный ток не будет ограничен, то произойдет пробой перехода с последующим выходом из строя тиристора. При обратных же напряжениях, которые не превышают напряжения пробоя, тиристор будет вести себя как резистор с большим сопротивлением.

Зона низкой проводимости

В данной зоне все наоборот. Потенциал катода будет отрицательный по отношению к потенциалу анода. Поэтому к J 1 и J 3 будет приложено прямое, а к J 2 – обратное напряжение. Результатом чего станет весьма малый анодный ток.

Зона высокой проводимости

Если напряжение на участке анод – катод достигнет значения, так называемого напряжением переключения, то произойдет лавинный пробой перехода J 2 и тиристор будет переведен в состояние высокой проводимости. При этом U a снизится от нескольких сотен до 1 — 2 вольт. Оно будет зависеть от типа тиристора. В зоне высокой проводимости ток, протекающий через анод, будет зависеть от нагрузки внешней элемента, что дает возможность рассматривать его в этой зоне как замкнутый ключ.

Если пропустить ток через управляющий электрод, то напряжение включения тиристора уменьшится. Оно напрямую зависит от тока управляющего электрода и при достаточно большом его значении практически равно нулю. При выборе тиристора для работы в схеме, то его подбирают таким образом, чтоб напряжения обратное и прямое не превышали паспортных значений напряжений пробоя и переключения. Если эти условия выполнить трудно, или имеется большой разброс в параметрах элементов (например необходим тиристор на 6300 В, а его ближайшие значения 1200 В), то иногда применяют или включение элементов.

В нужный момент времени с помощью подачи импульса на управляющий электрод можно перевести тиристор с закрытого состояния в зону высокой проводимости. Ток УЭ, как правило, должен быть выше минимального тока открытия и он составляет порядка 20-200 мА.

Когда анодный ток достигнет определенного значения, при котором запирания тиристора невозможно (ток переключения), управляющий импульс может быть снят. Теперь тиристор сможет перейти обратно в закрытое состояние только при уменьшении тока ниже, чем ток удержания, или прикладыванием к нему напряжения обратной полярности.

Видео работы и графики переходных процессов

1.1 Определение, виды тиристоров

1.2 Принцип действия

1.3 Параметры тиристоров

Глава 2. Применение тиристоров в регуляторах мощности

2.1 Общие сведения о различных регуляторах

2.2 Процесс управления напряжением при помощи тиристора

2.3 Управляемый выпрямитель на тиристоре

Глава 3. Практические разработки регуляторов мощности на тиристорах

3.1 Регулятор напряжения на тиристоре КУ201К

3.2 Мощный управляемый выпрямитель на тиристорах

Заключение

Литература

Введение

В данной работе рассмотрены несколько вариантов устройств, где используются элементы тиристоры в качестве регуляторов напряжения и в качестве выпрямителей. Приведены теоретическое и практическое описания принципа действия тиристоров и устройств, схемы этих устройств.

Управляемый выпрямитель на тиристорах — элементах, обладающих большим коэффициентом усиления по мощности, позволяет получать большие токи в нагрузке при незначительной мощности, затрачиваемой в цепи управления тиристора.

В данной работе рассмотрены два варианта таких выпрямителей, которые обеспечивают максимальный ток в нагрузке до 6 А с пределом регулировки напряжения от 0 до 15 В и от 0,5 до 15 В и устройство для регулировки напряжения на нагрузке активного и индуктивного характера, питаемой от сети переменного тока напряжением 127 и 220 В с пределами регулировки от 0 до номинального напряжения сети.

Глава 1. Понятие о тиристоре. Виды тиристоров. Принцип действия

1.1 Определение, виды тиристоров

Тиристором называют полупроводниковый прибор, основу которого составляет четырехслойная структура, способная переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот. Тиристоры предназначены для ключевого управления электрическими сигналами в режиме открыт — закрыт (управляемый диод).

Простейшим тиристором является динистор – неуправляемый переключающий диод, представляющий собой четырехслойную структуру типа p-n-p-n (рис. 1.1.2). Здесь, как и у других типов тиристоров, крайние n-p-n-переходы называются эмиттерными, а средний p-n-переход – коллекторным. Внутренние области структуры, лежащие между переходами, называются базами. Электрод, обеспечивающий электрическую связь с внешней n-областью, называется катодом, а с внешней p-областью – анодом.

В отличие от несимметричных тиристоров (динисторов, тринисторов) в симметричных тиристорах обратная ветвь ВАХ имеет вид прямой ветви. Это достигается встречно-параллельным включением двух одинаковых четырехслойных структур или применением пятислойных структур с четырьмя p-n-переходами (симисторы).

Рис. 1.1.1 Обозначения на схемах: а) симистора б) динистора в) тринистора.

Рис. 1.1.2 Структура динистора.

Рис. 1.1.3 Структура тринистора.

1.2 Принцип действия

При включении динистора по схеме, приведенной на рис. 1.2.1, коллекторный p-n-переход закрыт, а эмиттерные переходы открыты. Сопротивления открытых переходов малы, поэтому почти все напряжение источника питания приложено к коллекторному переходу, имеющему высокое сопротивление. В этом случае через тиристор протекает малый ток (участок 1 на рис. 1.2.3).

Рис. 1.2.1. Схема включения в цепь неуправляемого тиристора (динистора).

Рис. 1.2.2. Схема включения в цепь управляемого тиристора (тринистора).

Рис.1.2.3. Вольтамперная характеристика динистора.

Рис.1.2.4. Вольтамперная характеристика тиристора.

Если увеличивать напряжение источника питания, ток тиристора увеличивается незначительно, пока это напряжение не приблизится к некоторому критическому значению, равному напряжению включения Uвкл. При напряжении Uвкл в динисторе создаются условия для лавинного размножения носителей заряда в области коллекторного перехода. Происходит обратимый электрический пробой коллекторного перехода (участок 2 на рис. 1.2.3). В n-области коллекторного перехода образуется избыточная концентрация электронов, а в p-области — избыточная концентрация дырок.

С увеличением этих концентраций снижаются потенциальные барьеры всех переходов динистора. Возрастает инжекция носителей через эмиттерные переходы. Процесс носит лавинообразный характер и сопровождается переключением коллекторного перехода в открытое состояние. Рост тока происходит одновременно с уменьшением сопротивлений всех областей прибора. Поэтому увеличение тока через прибор сопровождается уменьшением напряжения между анодом и катодом. На ВАХ этот участок обозначен цифрой 3. Здесь прибор обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. Напряжение на резисторе возрастает и происходит переключение динистора.

После перехода коллекторного перехода в открытое состояние ВАХ имеет вид, соответствующий прямой ветви диода (участок 4). После переключения напряжение на динисторе снижается до 1 В. Если и дальше увеличивать напряжение источника питания или уменьшать сопротивление резистора R, то будет наблюдаться рост выходного тока, как в обычной схеме с диодом при прямом включении.

При уменьшении напряжения источника питания восстанавливается высокое сопротивление коллекторного перехода. Время восстановления сопротивления этого перехода может составлять десятки микросекунд.

Напряжение Uвкл при котором начинается лавинообразное нарастание тока, может быть снижено введением не основных носителей заряда в любой из слоев, прилегающих к коллекторному переходу. Дополнительные носители заряда вводятся в тиристоре вспомогательным электродом, питаемым от независимого источника управляющего напряжения (Uупр). Тиристор со вспомогательным управляющим электродом называется триодным, или тринисторным. На практике при использовании термина «тиристор» подразумевается именно элемент. Схема включения такого тиристора показана на рис. 1.2.2. Возможность снижения напряжения U при росте тока управления, показывает семейство ВАХ (рис. 1.2.4).

Если к тиристору приложить напряжение питания, противоположной полярности (рис. 1.2.4), то эмиттерные переходы окажутся закрытыми. В этом случае ВАХ тиристора напоминает обратную ветвь характеристики обычного диода. При очень больших обратных напряжениях наблюдается необратимый пробой тиристора.

Чтобы понять как работает схема, необходимо знать действие и назначение каждого из элементов. В этой статье рассмотрим принцип работы тиристора, разные виды и режимы работы, характеристики и виды. Постараемся объяснить все максимально доступно, чтобы было понятно даже для начинающих.

Тиристор — полупроводниковый элемент, имеющий только два состояния: «открыто» (ток проходит) и «закрыто» (тока нет). Причем оба состояния устойчивые, то есть переход происходит только при определенных условиях. Само переключение происходит очень быстро, хоть и не мгновенно.

По способу действия его можно сравнить с переключателем или ключом. Вот только переключается тиристор при помощи напряжения, а отключается пропаданием тока или снятием нагрузки. Так что принцип работы тиристора понять несложно. Можно представлять его как ключ с электрическим управлением. Так, да не совсем.

Тиристор, как правило, имеет три выхода. Один управляющий и два, через которые протекает ток. Можно попробовать коротко описать принцип работы. При подаче напряжения на управляющий выход, коммутируется цепь через анод-коллектор. То есть, он сравним с транзистором. Только с той разницей, что у транзистора величина пропускаемого тока зависит от поданного на управляющий вывод напряжения. А тиристор либо полностью открыт, либо полностью закрыт.

Внешний вид

Внешний вид тиристора зависит от даты его производства. Элементы времен Советского Союза — металлические, в виде «летающей тарелки» с тремя выводами. Два вывода — катод и управляющий электрод — находятся на «дне» или «крышке» (это с какой стороны смотреть). Причем электрод управления меньше по размерам. Анод может находиться с противоположной стороны от катода, или торчать вбок из-под шайбы, которая есть на корпусе.

Два вида тиристоров — современные и советские, обозначение на схемах

Современные тиристоры выглядят по-другому. Это небольшой пластиковый прямоугольник с металлической пластиной сверху и тремя выводами-ножками снизу. В современном варианте есть одно неудобство: надо смотреть в описании какой из выводов анод, где катод и управляющий электрод. Как правило, первый — анод, затем катод и крайний правый — это электрод. Но это как правило, то есть, не всегда.

Принцип работы

По принципу действия, тиристор можно еще сравнить с диодом. Пропускать ток он будет в одном направлении — от анода к катоду, но происходить это будет только в состоянии «открыто». На схемах тиристор похож на диод. Также имеется анод и катод, но есть еще дополнительный элемент — управляющий электрод. Понятное дело, есть отличия и в выходном напряжении (если сравнивать с диодом).

В схемах переменного напряжения тиристор будет пропускать только одну полуволну — верхнюю. Когда приходит нижняя полуволна, он сбрасывается в состояние «закрыто».

Принцип работы тиристора простыми словами

Рассмотрим принцип работы тиристора. Стартовое состояние элемента — закрыто. «Сигналом» к переходу в состояние «открыто» является появление напряжения между анодом и управляющим выводом. Вернуть тиристор в состояние «закрыто» можно двумя способами:

  • снять нагрузку;
  • уменьшить ток ниже тока удержания (одна из технических характеристик).

В схемах с переменным напряжением, как правило, сбрасывается тиристор по второму варианту. Переменный ток в бытовой сети имеет синусоидальную форму, когда его значение приближается к нулю и происходит сброс. В схемах, питающихся от источников постоянного тока, надо либо принудительно убирать питание, либо снимать нагрузку.

То есть, работает тиристор в схемах с постоянным и переменным напряжением по-разному. В схеме постоянного напряжения, после кратковременного появления напряжения между анодом и управляющим выводом, элемент переходит в состояние «открыто». Далее может быть два варианта развития событий:

  • Состояние «открыто» держится даже после того, как напряжение анод-выход управления пропало. Такое возможно если напряжение, поданное на анод-управляющий вывод, выше чем неотпирающее напряжение (эти данные есть в технических характеристиках). Прекращается прохождение тока через тиристор, фактически только разрывом цепи или выключением источника питания. Причем выключение/обрыв цепи могут быть очень кратковременными. После восстановления цепи, ток не течет до тех пор, пока на анод-управляющий вывод снова не подадут напряжение.
  • После снятия напряжения (оно меньше чем отпирающее) тиристор сразу переходит в состояние «закрыто».

Так что в схемах постоянного тока есть два варианта использования тиристора — с удержанием открытого состояния и без. Но чаще применяют по первому типу — когда он остается открытым.

Принцип работы тиристора в схемах переменного напряжения отличается. Там возвращение в запертое состояние происходит «автоматически» — при падении силы тока ниже порога удержания. Если напряжение на анод-катод подавать постоянно, на выходе тиристора получаем импульсы тока, которые идут с определенной частотой. Именно так построены импульсные блоки питания. При помощи тиристора они преобразуют синусоиду в импульсы.

Проверка работоспособности

Проверить тиристор можно либо при помощи мультиметра, либо создав простенькую проверочную схему. Если при прозвонке иметь перед глазами технические характеристики, можно заодно проверить сопротивление переходов.

Прозвонка мультиметром

Для начала разберем прозвонку мультиметром. Переводим прибор в режим прозвонки.

Обратите внимание, что величина сопротивления у разных серий разная — на это не стоит обращать особого внимания. Если хотите проверить и сопротивление переходов, посмотрите в технических характеристиках.

На рисунке представлены схемы испытаний. Крайний справа рисунок — усовершенствованный вариант с кнопкой, которую устанавливают между катодом и управляющим выводом. Для того чтобы мультиметр зафиксировал протекающий по цепи ток, кратковременно нажимаем на кнопку.

При помощи лампочки и источника постоянного тока (батарейка тоже пойдет)

Если мультиметра нет, можно проверить тиристор при помощи лампочки и источника питания. Подойдет даже обычная батарейка или любой другой источник постоянного напряжения. Вот только напряжение должно быть достаточным для того, чтобы засветить лампочку. Потребуется еще сопротивление или обычный кусок проволоки. Из этих элементов собирается простая схема:

  • Плюс от источника питания подаем на анод.
  • К катоду подключаем лампочку, второй ее вывод подключаем к минусу источника питания. Лампочка не горит, так как термистор заперт.
  • Кратковременно (при помощи куска проволоки или сопротивления) соединяем анод и управляющий вывод.
  • Лампочка загорается и продолжает гореть, хотя перемычка убрана. Термистор остается в открытом состоянии.
  • Если выкрутить лампочку или выключить источник питания, то лампочка, естественно, погаснет.
  • Если восстановить цепь/питание, она не загорится.

Заодно с проверкой, эта схема позволяет понять принцип работы тиристора. Ведь картинка получается очень наглядной и понятной.

Виды тиристоров и их особые свойства

Полупроводниковые технологии все еще разрабатываются и совершенствуются. За несколько десятилетий появились новые разновидности тиристоров, которые имеют некоторые отличия.

  • Динисторы или диодные тиристоры. Отличаются тем, что имеют только два вывода. Открываются подачей на анод и катод высокого напряжения в виде импульса. Называют еще «неуправляемые тиристоры».
  • Тринисторы или триодные тиристоры. В них есть управляющий электрод, но управляющий импульс может подаваться:
    • На управляющий выход и катод. Название — с управлением катодом.
    • На управляющий электрод и анод. Соответственно — управление анодом.

Есть также разные виды тиристоров по способу запирания. В одном случае достаточно уменьшения анодного тока ниже уровня тока удержания. В другом случае — подается запирающее напряжение на управляющий электрод.

По проводимости

Мы говорили, что проводят тиристоры ток только в одном направлении. Обратной проводимости нет. Такие элементы называют обратно-непроводящие, но существуют не только такие. Есть и другие варианты:

  • Имеют невысокое обратное напряжение, называются обратно-проводящие.
  • С ненормируемой обратной проводимостью. Ставят в схемах, где обратное напряжение возникнуть не может.
  • Симисторы. Симметричные тиристоры. Проводят ток в обоих направлениях.

Тиристоры могут работать в режиме ключа. То есть при поступлении импульса управления подавать ток на нагрузку. Нагрузка, в этом случае, рассчитывается исходя из напряжения в открытом виде. Надо также учитывать наибольшую рассеиваемую мощность. Вот в этом случае лучше выбирать металлические модели в виде «летающей тарелки». К ним удобно приделывать радиатор — для более быстрого охлаждения.

Классификация по особым режимам работы

Еще можно выделить следующие подвиды тиристоров:

  • Запираемые и незапираемые. Принцип работы тиристора незапираемого немного другой. Он находится в открытом состоянии когда плюс приложен к аноду, минус — на катоде. Переходит в закрытое состоянии при смене полярности.
  • Быстродействующие. Имеют малое время перехода из одного состояния в другое.
  • Импульсные. Очень быстро переходит из одного состояние в другое, используется в схемах с импульсными режимами работы.

Основное назначение — включение и выключение мощной нагрузки при помощи маломощных управляющих сигналов

Основная область использования тиристоров — в качестве электронного ключа, служащего для замыкания и размыкания электрической цепи. В общем много привычных устройств построены на тиристорах. Например, гирлянда с бегущими огнями, выпрямители, импульсные источники тока, выпрямители и многие другие.

Характеристики и их значение

Некоторые тиристоры могут коммутировать очень большие токи, в этом случае их называют силовыми тиристорами. Они изготавливаются в металлическом корпусе — для лучшего отвода тепла. Небольшие модели с пластиковым корпусом — это обычно маломощные варианты, которые используют в малоточных схемах. Но, всегда есть исключения. Так что для каждой конкретной цели подбирают требуемый вариант. Подбирают, понятное дело, по параметрам. Вот основные:


Есть еще динамический параметр — время перехода из закрытого в открытое состояние. В некоторых схемах это важно. Может еще указываться тип быстродействия: по времени отпирания или по времени запирания.

Абсолютно любой тиристор может быть в двух устойчивых состояниях — закрыт или открыт

В закрытом состоянии он находится в состоянии низкой проводимости и ток почти не идет, в открытом, наоборот полупроводник будет находится в состоянии высокой проводимости, ток проходит через него фактически без сопротивления

Можно сказать, что тиристор это электрический силовой управляемый ключ. Но по сути управляющий сигнал может только открыть полупроводник. Чтобы запереть его обратно, требуется выполнить условия, направленные на снижение прямого тока почти до нуля.

Структурно тиристор представляет последовательность четырех, слоев p и n типа, образующих структуру р-n-р-n и соединенных последовательно.

Одна из крайних областей, на которую подключают положительный полюс питания называют анод , р – типа
Другая, к которой подсоединяют отрицательное полюс напряжения, называют катод , – n типа
Управляющий электрод подключен к внутренним слоям.

Для того чтоб разобраться с работой тиристора рассмотрим несколько случаев, первый: напряжение на управляющий электрод не подается , тиристор подсоединен по схеме динистора – положительное напряжение поступает на анод, а отрицательное на катод, смотри рисунок.

В этом случае коллекторный p-n-переход тиристора находится в закрытом состоянии, а эмиттерный – открыт. Открытые переходы имеют очень низкое сопротивление, поэтому почти все напряжение, следующее от источника питания, приложено к коллекторному переходу, из-за высокого сопротивления которого протекающий через полупроводниковый прибор ток имеет очень низкое значение.

На графике ВАХ это состояние актуально для участка отмеченного цифрой 1 .

При увеличении уровня напряжения, до определенного момента ток тиристора почти не растет. Но достигая условного критического уровня — напряжение включения U вкл , в динисторе появляются факторы, при которых в коллекторном переходе начинается резкий рост свободных носителей заряда, которое почти сразу же носит лавинный характер . В результате происходит обратимый электрический пробой (на представленном рисунке – точка 2). В p -области коллекторного перехода появляется избыточная зона накопленных положительных зарядов, в n -области, наоборот происходит накопление электронов. Рост концентрации свободных носителей заряда приводит к падению потенциального барьера на всех трех переходах , через эмиттерные переходы начинается инжекция носителей заряда. Лавинообразный характер еще сильнее увеличивается, и приводит к переключению коллекторного перехода в открытое состоянии. Одновременно увеличивается ток по всем областям полупроводника, в результате происходит падением напряжения между катодом и анодом, показанный на графике выше отрезком отмеченным цифрой три. В этот момент времени динистор обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. На сопротивлении R n растет напряжение и полупроводник переключается.

После открытия коллекторного перехода ВАХ динистора становится такой же, как на прямой ветви — отрезок №4. После переключения полупроводникового прибора, напряжение снижается до уровня одного вольта. В дальнейшем увеличение уровня напряжения или снижение сопротивления приведет к увеличению выходного тока, один в один, как и работе диода при его прямом включении. Если же уровень напряжение питания снизить, то высокое сопротивление коллекторного перехода, практически мгновенно восстанавливается, динистор закрывается, ток резко падает .

Напряжение включения U вкл , можно настраивать, внося в любой из промежуточных слоев, рядом с к коллекторным переходом, неосновные, для него носители заряда.

С этой целью используется специальный управляющий электрод , запитываемый от дополнительного источника, с которого следует управляющее напряжение – U упр . Как хорошо видно из графика – при росте U упр напряжение включения снижается.

Основные характеристики тиристоров

U вкл напряжение включения – при нем осуществляется переход тиристора в открытое состояние
U o6p.max – импульсное повторяющееся обратное напряжение при нем происходит электрический пробой p-n перехода. Для многих тиристоров будет верно выражение U o6p.max . = U вкл
I max — максимально допустимое значение тока
I ср — среднее значение тока за период U np — прямое падение напряжения при открытом тиристоре
I o6p.max — обратный максимальный ток начинающий течь при приложении U o6p.max , за счет перемещения неосновных носителей заряда
I удерж ток удержания – значение анодного тока, при котором осуществляется запирание тиристора
P max — максимальная рассеиваемая мощность
t откл — время отключения необходимое для запирания тиристора

Запираемые тиристоры — имеет классическую четырехслойную p-n-p-n структуру, но при этом обладает рядом конструктивных особенностей, дающих такую функциональную возможность, как полная управляемость. Благодаря такому воздействию от управляющего электрода, запираемые тиристоры могут переходить не только в открытое состояние из закрытого, но и из открытого в закрытое. Для этого на управляющий электрод поступает напряжение, противоположное тому, которое ранее открывает тиристор. Для запирания тиристора на управляющей электрод следует мощный, но короткий по длительности импульс отрицательного тока. При применении запираемых тиристоров следует помнить, что их предельные значения на 30% ниже, чем у обычных. В схемотехнике, запираемые тиристоры активно применяются в роли электронных ключей в преобразовательной и импульсной технике.

В отличие от своих четырехслойных родственников — тиристоров, они имеют пятислойную структуру.


Благодаря такой структуре полупроводника они имеют возможность пропускать ток в обоих направлениях – как от катода к аноду, так и от анода к катоду, а на управляющий электрод поступает напряжение обоих полярностей. Благодаря этому свойству вольт-амперная характеристика симистора имеет симметричный вид в обоих осях координат. Узнать о работе симистора вы можете из видеоурока, по ссылке ниже.


Принцип работы симистора

Если у стандартного тиристора имеются анод и катод то электроды симистора так описать нельзя т.к каждый уго электрод является и анодом и катодом одновременно. Поэтому симистор способен пропускать ток в обоих направлениях. Именно поэтому он отлично работает в цепях переменного тока.

Очень простой схемой, поясняющей принцип симистора является регулятор симисторный регулятор мощности.


После подачи напряжения на один из выводов симистора поступает переменное напряжение. На электрод, являющийся управляющим с диодного моста поступает отрицательное управляющее напряжение. При превышении порога включения симистор отпирается и ток поступает в подключенную нагрузку. В момент времени, когда на входе симистора меняется полярность напряжения он запирается. Затем алгоритм повторяется.

Чем выше уровень управляющего напряжения тем быстрее срабатывает симистор и длительность импульса на нагрузке увеличивается. При снижении уровня управляющего напряжения длительность импульсов на нагрузке также снижается. На выходе симисторного регулятора напряжение будет пилообразной формы с регулируемой длительностью импульса. Таким образом, регулируя управляющее напряжение мы можем изменять яркость лампочки накаливания или температуру жала паяльника подключенных в качестве нагрузки.

Итак симистор управляется как отрицательным так и положительным напряжением. Давайте выделим его минусы и плюсы.

Плюсы: низкая стоимость, большой срок службы, отсутствие контактов и, как следствие, отсутствие искрения и дребезга.
Минусы: достаточно чувствителен к перегреву и его обычно монтируют на радиаторе. Не работает на высоких частотах, так как не успевает переходить из открытого состояния в закрытое. Реагирует на внешниепомехи, вызывающие ложное срабатывание.

Следует также упомянуть о особенностях монтажа симисторов в современной электронной техники.

При малых нагрузках или если в ней протекают короткие импульсные токи, монтаж симисторов можно осуществлять без теплоотводящего радиатора. Во всех остальных случаях – его наличие строго обязательно.
К теплоотводу тиристор может фиксироваться крепежным зажимом или винтом
Для снижения вероятности ложного срабатывания из-за шумов, длина проводов должна быть минимальна. Для подсоединения рекомендуется использовать экранированный кабель или витую пару.

Или оптотиристоры специализированные полупроводники, конструктивной особенностью которого является наличие фотоэлемента, который является управляющим электродом.

Современной и перспективной разновидностью симистора являетсяо оптосимистор. Вместо управляющего электрода в корпусе имеется светодиод и управление происходит с помощью изменения напряжения питания на светодиоде. При попадании светового потока задонной мощности фотоэлемент переключает тиристор в открытое положение. Самой основной функцией в оптосимисторе является то, что между цепью управления и силовой имеется полная гальваническая развязка. Это создает просто отличный уровень и надежности конструкции.

Силовые ключи . Одним из главных моментов, влияющих на востребованность таких схем, служит низкая мощность, которую способен рассеять тиристор в схемах переключения. В запертом состоянии мощность практически не расходуется, т.к ток близок к нулевым значениям. А в открытом состоянии рассеиваемая мощность невелика благодаря низким значениям напряжения

Пороговые устройства – в них реализуется главное свойство тиристоров – открываться при достижении напряжением нужного уровня. Это используется в фазовых регуляторах мощности и релаксационных генераторах

Для прерывания и включения-выключения используются запирающие тиристоры. Правда, в данном случае схемам необходима определенная доработка.

Экспериментальные устройства – в них применяется свойство тиристора обладать отрицательным сопротивление, находясь в переходном режиме

Принцип работы и свойства динистора, схемы на динисторах

Динистор это разновидность полупроводниковых диодов относящихся к классу тиристоров. Динистор состоит из четырех областей различной проводимости и имеет три p-n перехода. В электроники он нашел довольно ограниченное применение, ходя его можно найти в конструкциях энергосберегающих ламп под цоколь E14 и E27, где он применяется в схемах запуска. Кроме того он попадается в пускорегулирующих аппаратах ламп дневного света.

В переключательных схемах часто используется тиристор, принцип работы которого напоминает электронный ключ. Он представляет собой полупроводниковый прибор, имеющий три или несколько взаимодействующих выпрямляющих переходов. Однако тиристор не способен перейти в состояние закрытого типа, поэтому его называют ключом, который является не полностью управляемым.

Устройство и виды полупроводниковых приборов

Прежде чем рассматривать принцип работы тиристоров в цепях, необходимо разобраться с тем, как они устроены, какие виды существуют. Состоят они из четырех последовательно соединенных слоев, которые имеют разный тип проводимости. С внешней стороны есть контакты — анод и катод. Приборы могут обладать двумя управляющими электродами, прикрепленными к внутренним слоям. Изменения состояния удается добиться за счет подачи сигнала непосредственно на проводник.

Различают два основных вида тиристоров:

  1. Динисторы представляют собой диодные полупроводниковые приборы. В данном случае открывание осуществляется посредством подачи высокого напряжения между контактами.
  2. Тринисторы — это триодные аналоги. Их удается открывать за счет воздействия управляющего тока на электрод.

Процесс запирания может производиться двумя способами. Первый из них подразумевает снижение электрического тока ниже уровня удержания. Вариант применим для всех видов тиристоров. Второй способ заключается в нагнетании запирающего напряжения непосредственно на управляющий контакт. Он используется только для тринисторов запираемого типа.

Возможность обратной проводимости

Рассматривая принцип работы тиристора, следует понимать, что элементы могут быть классифицированы по обратному напряжению.

Всего существует четыре варианта изделий:

  1. Обратно-проводящие приборы обладают небольшим обратным напряжением. Оно составляет всего несколько вольт.
  2. Элементы, не проводящие напряжение в обратном направлении в закрытом состоянии.
  3. Симисторы представляют собой симметричные приборы, которые коммутируют электрические токи в том или ином направлении.
  4. Изделия с ненормированным напряжением обратного направления.

Используя симисторы, необходимо помнить, что они функционируют симметрично лишь на первый взгляд. При подаче отрицательного (на анод) и положительного (на управляющий электрод) напряжения они не способны открываться, а в некоторых случаях могут выходить из строя.

В электронике симисторы относят к управляемым тиристорам, принцип работы которых заключается в коммутации цепей переменного тока. При проектировании таких схем, необходимо изучать документацию конкретного изделия, чтобы определить, какие сигналы допустимы. Отдельные виды симисторов могут иметь некоторые ограничения.

Работа в цепи постоянного тока

Если объяснять принцип работы тиристора простым языком, то он заключается во включении полупроводникового прибора посредством подачи импульса электрического тока непосредственно в цепь управления положительной полярности. На продолжительность переходного процесса существенно влияет характер производимой нагрузки, а также другие факторы:

  • скорость и амплитуда созданного импульса;
  • температура полупроводниковой конструкции;
  • передаваемое напряжение;
  • ток нагрузки.

В цепи с тиристором при увеличении прямого напряжения не должно фиксироваться завышенных значений скорости нарастания. В противном случае может происходить непреднамеренное включение прибора без подачи сигнала. Однако крутизна производимого импульса не должна быть низкой.

Выключение элементов может происходить естественным или принудительным образом. В первом случае коммутация в системах переменного тока осуществляется в момент падения электрического тока до минимума. Что касается вариантов принудительного выключения, то оно может быть весьма разнообразным:

  1. Подключение специализированной цепи с наличием заряженного конденсатора вызывает возникновение разряда на проводящий элемент. Встречный поток снижает ток до нуля, поэтому прибор выключается.
  2. Подключение контура, вызывающего колебательный разряд, позволяет пропустить электричество через тиристор на встречу прямому току. При достижении равновесия происходит выключение.
  3. Переходный процесс может вызываться при оказании комплексной нагрузки. При наличии определенных параметров возникает колебательный характер, подразумевающий изменение полярности.

Функционирование в цепи переменного тока

Теперь следует рассмотреть принцип работы тиристора в цепи, которая пропускает переменный ток. При его внедрении можно производить включение и отключение электрических сетей с активной нагрузкой, а также осуществлять изменение среднего и текущего значений тока путем регулировки подачи сигнала.

Не новость даже для чайников — принцип работы тиристора заключается в пропускании электричества в одном направлении, поэтому в цепях с переменным током осуществляется встречно-параллельное включение. Значения могут варьироваться путем изменения самого момента подачи на приборы открывающих сигналов. Углы регулируются за счет системы управления.

  1. Фазовый метод регулировки с принудительной коммутацией предполагает применение специальных узлов.
  2. Широтно-импульсное управление подразумевает отсутствие сигнала в закрытом состоянии и его наличие в открытом положении, когда к нагрузке приложено определенное напряжение.

Режим обратного запирания

Рассказывая о принципе работы триодного тиристора, нельзя не отметить, что оно может работать в разных режимах. При обратном запирании непосредственно к аноду полупроводника приложено отрицательное напряжение по отношению к катодному контакту. Переходы при таком варианте смещены в противоположном направлении.

Существуют факторы, ограничивающие применение подобного режима. Первый из них — это лавинный пробой, а второй — прокол обедненной области. Это объясняется тем, что существенная часть напряжения снижается на одном из переходов. Возникает их смыкание или происходит пробой.

Режим прямого запирания

Принцип работы тиристора в режиме прямого запирания предполагает обратное смещение одного из переходов. Противоположные слои сдвинуты в прямом направлении. Основная часть приложенного напряжения снижается на единичном переходе. Через остальные слои в соприкасающиеся области инжектируются носители, позволяющие уменьшить сопротивление на проводящем элементе. Происходит увеличение проходящего тока. Падение напряжения уменьшается.

Увеличение прямого напряжения приводит к медленному росту электрического тока. В таком режиме полупроводник считается запертым, что связано с повышенным сопротивлением единичного перехода. При некотором показателе напряжения процесс начинает приобретать лавинообразный характер. Прибор переходит во включенное состояние, в нем устанавливается электрический ток, который зависит от источника и сопротивления цепи.

Двухтранзисторная модель

Для объяснения устройства и принципа работы тиристора в режиме прямого запирания применяется двухтранзисторная модель. Данный полупроводниковый прибор можно рассматривать как два совмещенных транзистора с противоположными выводами. Переход в центре используется в качестве коллектора дырок и электронов, которые инжектируются определенными переходами.

Соотношения не изменяются при протекании токов в противоположном направлении. При повышении коэффициента в замкнутой петле происходит лавинообразный процесс, подразумевающий увеличение тока непосредственно через структуру. Электрический ток ограничен лишь сопротивлением наружной цепи.

Чем различаются динисторы и тринисторы

Принципиальных отличий между характеристиками и принципом работы тиристоров нельзя найти. Однако открытие динистора производится при наличии определенного напряжения между двумя основными выводами. Оно зависит от типа используемого устройства. В случае с тринистором напряжение открытия удается снизить принудительным образом. Это можно сделать, если подать импульс электрического тока необходимой величины непосредственно на управляющий электрод. Тринисторы получили наибольшее распространение среди приборов из категории тиристоров.

Основные характеристики

При выборе тиристоров обращают внимание на определенные параметры:

  1. Напряжение включения позволяет перевести полупроводниковый прибор в рабочее состояние.
  2. Временной интервал задержки запуска и остановки изделия.
  3. Уровень обратного тока при максимальном значении обратного напряжения.
  4. Показатель общей рассеивающей мощности.
  5. Прямое напряжение при предельном токе анода.
  6. Пиковый ток электрода, обеспечивающего управление.
  7. Обратное напряжение в закрытом состоянии.
  8. Максимальный открытый ток в открытом положении.

При выборе тиристора не следует забывать о предназначении прибора. На это непосредственное влияние оказывает временной интервал перехода в открытое или закрытое состояние. Как правило, период включения является более коротким, чем промежуток выключения.

Схемы с применением тиристоров

Тиристорные схемы подразделяются на четыре категории:

  1. Пороговые изделия используют возможности перехода полупроводников из одного положения в другое при наличии определенного напряжения. К таковым относятся генераторы колебаний и фазовые регуляторы нагрузки.
  2. Силовые ключи отличаются низкой мощностью. Ток рассеивается элементами в переключательных схемах в открытом состоянии. В закрытом положении электричество не пропускается.
  3. Коммутация постоянного напряжения вполне возможна при использовании приборов с большой мощностью. Есть несколько способов, позволяющих закрывать незапираемые элементы.
  4. Некоторые экспериментальные устройства работают с применением полупроводниковых приборов в переходных режимах, где имеются участки с отрицательным уровнем сопротивления.

В качестве заключения

Чаще всего рассказывают о принципах работы тиристоров для студентов специализированных училищ, которые готовят специалистов в области электротехники. Однако не помешает изучить информацию об устройстве и функционировании универсальных полупроводниковых приборов простым людям, проявляющим интерес к проектированию различных электрических схем.

Форма импульса управления силовыми тиристорами

Требования к формирователям импульсов управления (драйверам) основаны на том, что тиристор является полупроводником, который управляеться током, поэтому для надежной и безотказной работы блок драйвера должен обеспечивать импульс тока требуемой формы и амплитуды, поступающего в цепь управления электрод-катод тиристора.

Ниже преведены требования для наиболее распространенных случаев применения тиристора. В случае специального применения рекомендуеться обратиться к спецциалистам ЗАО «Протон-Электротекс» или к официальному представителю в РБ УП «Силовая электроника» г. Минск за консультацией.

Типовые формы тока и напряжения цепи управления приведены на рисунке 1.

IGon — уровень тока подпитки;
IGon = (3 — 5) I Gt;
где I Gt — отпирающий постоянный ток управления (параметр береться для минимальной рабочей температуры, при которой будет эксплуатироваться тиристор).
IGm — амплитуда форсирующего импульса, равна (10-12)I Gt.
diG/dt — скорость нарастания тока управления; больше 2 А/мкс, ограничений сверху нет.
tpf — длительность форсирующего импульса управления; равна (2-3) t gd, примерно 5 — 25 мкс, где t gd— время задержки.
Для низких рабочих температуррекомендуеться выбирать большую длительность импульса управления.
tpon — длительность импульса тока подпитки; равна (3-5) t Gt, примерно 50мкс и более, где t Gt — время включения, зависит от схемы включения прибора;

Длительность t pon определяется характером нагрузки и условиями функционирования схемы, в котрой находится тиристор. Ток за данное время выпоняет функции страховки тиристора, если есть вероятность снижения анодного тока до значения тока удержания с последующим нарастанием. Ток подпитки обеспечит штатное включение тиристора.

Не рекомендуется присутсвие прямого тока управления и обратного напряжения анод-катод.

**Для минимизации влияния индуктивности проводников управления на скорость нарастания тока управления необходимо, чтобы напряжение холостого хода драйвера управления находилось в пределах 15-30В.**

Допускаеться приложение отрицательного напряжения к цепи управления. Пиковое обратное напряжение управления для повышения уровня помехоустойчивости тиристора не должно привышать 5В.

Рабочая точка нагрузки управляющего электрода должна находиться в зоне оптимального управления, а именно не должна выходить за кривую, соответствующую максимально допустимой мощности потерь на управляющем электроде при принятой длительности и скважности импульсов управления и не должна попасть в зону негарантированного включения тиристора. Вольамперная характеристика управляющего электрода приведена в информационных материалах на соответствующий тиристор.

Блок драйвера монтируеться по возможности ближе к тиристору, свивают провода управления между собой. Следует также принять меры по исключению соприкосновения проводов управления с поверхностями, имеющими высокий потенциал, или воздействие быстро изменяющегося электромагнитного поля для того, что бы избежать влияния электромагнитных помех на цепь управления.

Тиристоры силовые — Энциклопедия по машиностроению XXL

При больших токах нагревателей, превышающих номинальный ток тиристоров, силовые элементы включают в первичную цепь понижающих трансформаторов (рис. 7).  [c.477]

Тиристорные выпрямительные блоки Вп1 якорной цепи Вп2 цепи возбуждения питаются через понижающие трансформаторы. Управление тиристорами силового блока Вп1 осуществляется системой фазового управления СФУ в функции сигналов на ев входе. Эталонное напряжение (сигнал) подается на задающую обмотку магнитного усилителя СМУР через блок-контакты К1 и К2 в зависимости от положения рукоятки командоаппарата л состояния логического переключающего устройства ЛПУ, которое включает реле PI и Р2 и с их помощью включает контакторы реверса. Суммирующий магнитный усилитель логика  [c.154]


Не реже одного раза в год тщательно проверяют затяжку гаек и болтов на зажимах Выход , Сеть . Сигнал , а также крепление тиристоров, силовых диодов и предохранителей. Одновременно убеждаются в исправном состоянии всех паек у элементов блоков управления электрозащитных установок.  [c.120]

Тиристоры силовые, технические данные 42—44 Ток  [c.283]

Тепловые сети 163 Термометры 154 Термосифонные фильтры 184 Тиристоры силовые 366 Токи, измерение 189  [c.439]

При нарушении нормального протекания процесса ЭХО или неполадках в цепи МЭП с датчиков тока ДТ на систему автоматического регулирования САР поступают сигналы, вследствие чего СУТ закрывает тиристоры. Силовой контактор К выключается системой защиты и сигнализации СЗС, что приводит к отключению самого ИП от сети. Таким образом, в ИП предусмотрено двойное отключение от сети и от силового трансформатора, что гарантирует нормальную работу электрической части оборудования.[c.292]

Схемное решение применяемых станций катодной защиты отличается простотой и надежностью. Это регулируемые защитные установки на основе полупроводниковых выпрямителей (регулируемый трансформатор, неуправляемый диодный мост), аналогичные вариантам, указанным в [9]. С учетом небольшой мощности используются только однофазные схемы. Применение преобразователей с более сложными схемами на основе тиристоров, силовых транзисторов на действующих газопроводах в настоящее время для компании неоправданно.  [c.12]

Регулирование преобразователей на кремниевых вентилях осуществляется с помощью систем управления, которые могут быть ручными и автоматическими. В общем случае система управления вырабатывает, распределяет, сдвигает во времени или меняет частоту последовательностей импульсов отпирания тиристоров силовых устройств. Средства построения систем управления в значительной степени определяют эффективность преобразователей на кремниевых вентилях. Особенно это стало заметно в последнее время, когда наметился разрыв между возможностями силовых схем и систем управления. Дальнейшее развитие преобразователей невозможно без качественного повышения технического уровня систем управления.  [c.22]

До последнего времени привод угольных комбайнов в СССР осуществлялся исключительно нерегулируемыми асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором, обладающими рядом недостатков. В настоящее время наметилась возможность перехода к регулируемому приводу угольных комбайнов Б условиях работы с резко переменной нагрузкой. Нашей промышленностью был освоен выпуск силовых тиристоров—кремниевых выпрямителей, позволивших осуществить регулируемый привод органов резания комбайнов в системе управляемый выпрямитель — двигатель постоянного тока [30].  [c.121]


Рассмотрим, например, процесс формирования управляющих импульсов для тиристора 4 силового выпрямителя. В момент естественной коммутации, определяемой по напряжению U , ФСИ выдает синхронизирующие сигналы на ФСУ, с выхода которого синхронизирующие импульсы Ua , Ua поступают на ФПИ. В резуль-  [c.78]

Образец нагревается при пропускании электрического тока с помощью силового трансформатора, вариатора 6 по программе 9, вычерченной на бумаге барабана 7 регулирующего устройства 3. В качестве регулирующего устройства используют серийно выпускаемый прибор РУ. Важным элементом в этой схеме является приставка 5 (ПРТ) регулирования температуры, включающая полупроводниковую схему и управляющая работой тиристоров 4.  [c.23]

Регулятор типа ВРТ-3 предназначен для прецизионного регулирования температуры и состоит из четырех основных частей измерительного блока типа И-102, регулирующего блока типа Р-111, входящих в состав регулятора ВРТ-2, а также блока управления тиристорами БУТ-01 и силового тиристорного блока БТ-01, составляющих усилитель У-252 (рис. 32),  [c.79]

И-102 — измерительный блок Р-И1 — регулирующий блок БУТ-01 — блок управления тиристорами БТ-01 — блок силовой тиристорный Тр — трансформатор ИУ — нагревательное устройство  [c. 80]

Тиристоры Т1—Тб получают питание от сети переменного тока через силовой трансформатор Тр. Каждый тиристор управляется импульсами с фазовой системы управления в У (блок управления). На входе БУ осуществляется сложение постоянного напряжения и напряжения с БПН. Постоянное напряжение поступает с выхода У ПТ, на который подается сигнал управления U и сигнал с тахогенератора ТГ. С помощью ВТО обеспечивается нелинейная обратная связь по ЭДС двигателя с целью ограничения максимальной силы тока. Питание обмоток возбуждения двигателя и тахогенератора (ОВД, ОВТ) осуществляется от отдельного выпрямителя. Для уменьшения уравнительных токов установлены два дросселя.  [c.121]

При позиционном регулировании тиристоры используют в роли ключа. При импульсном регулировании на управляющие электроды подается меняющий скважность регулирования сигнал с частотой срабатывания регулятора. При непрерывном регулировании БУ вырабатывает сигнал, определяющий угол открывания тиристоров в течение одного периода. Схема встречно-параллельного включения тиристорных силовых элементов при трех нагревательных секциях (НС) температурной камеры приведена на рис. 6.  [c.477]

Преобразователь имеет защиты от перегрузок по току, от внутренних и внешних коротких замыканий, от опрокидывания инвертора при превышении напряжения на силовых тиристорах инвертора более 450 В амплитудного значения, от прекращения подачи охлаждающей воды, а также электрическую блокировку, не допускающую включение при открытых дверцах.  [c.120]

Т — силовой трансформатор VSI— VS2 — блок силовых тиристоров А, А2 — блоки управления тиристорами QFI — QF2 автоматические выключатели М —  [c.123]

В последнее время все большее распространение получают сварочные выпрямители с тиристорным и транзисторным управлением. Силовая схема данного выпрямителя представляет собой неуправляемый сварочный трансформатор в сочетании с управляемым блоком выпрямления, собранным по мостовой схеме из управляемых диодов — тиристоров или транзисторов. Формирование ВВАХ источника питания осуществляется посредством фазового управления работой блока выпрямления тиристорного выпрямителя и частотно- или широтно-импульсного управления работой вышеназванного блока транзисторного выпрямителя. При этом для тиристорного выпрямителя возможно управление как во вторичной цепи сварочного трансформатора, так и в первичной.  [c.128]

Источники с постовыми полупроводниковыми устройствами могут быть выполнены с использованием силовых вентилей — тиристоров и транзисторов. Различают постовые выпрямительные блоки, подключенные к общему источнику переменного тока, и постовые регуляторы, питающиеся от выводов постоянного тока многопостового выпрямителя. Источник с постовыми выпрямительными блоками имеет общий понижающий трансформатор. Наличие в постовом блоке обратных связей по напряжению и току позволяет сформировать как жесткие стабилизированные, так и крутопадающие характеристики, т.е. такие источники питания могут использоваться для ручной и механизированной сварки, а также как универсальные. На рис. 5.19 приведена схема четырех-  [c.135]


VSI— VS2 — блок силовых тиристоров  [c.122]
Рис. 2.17. Схематическое устройство кремниевого кристалла с пятислойной структурой для силового тиристора на основе л-Si (р = 500 0м см) с двумя прямыми фасками aj, а 2
Описание технологии. До внедрения предложения регулятор напряжения системы регулирования имел относительно низкую точность стабилизации высокочастотного напряжения 1%. Это приводило к изменениям температуры нагрева кузнечных заготовок в диапазоне до 25° С и приводило к разбросу технологических параметров заготовок сокращению сроков службы штампов. В силовом блоке регулятора применялось воздушное охлаждение, что снижало надежность работы тиристоров силового блока и всего регулятора в целом. Выходной ток при этом составлял не более 74 А. В узле обратной связи регулятора в качестве функционального преобразователя использовалась электронная лампа (прямоканальный диод 4Ц14С), которая имела ограниченный срок службы — месяц при трехсменной работе, т. е. для бесперебойной работы системы необходимо было иметь запасные лампы. Лампа чувствительна к вибрации (что особенно важно в условиях кузнечного цеха) и существенно увеличивала инерционность всей системы регулирования.  [c.77]

Описание технологии. Для более рационального использоиания оборудовакия изменен состав силовой схемы (см. рисунок) путем исключения работы двухмашинного агрегата. При этом функции ВГ передаются одному из линейных генераторов. Данное предложение дает экономию электроэнергии, необходимую для прокрутки на холостом ходу двухмашинного агрегата, и исключает из работы следующее электрооборудование двигатель синхронный СДС-14-49-6 — 800 кВт, генератор постоянного тока П-151-8К — 630 кВт (1 шт.) ячейка высоковольтная (1 компл.) преобразователь тиристорный ТЕ-8-320-4Д (1 компл.) тиристор силовой 1 С-3-75 кВа (I шт.) двигатель асинхронный Л02-22-4-10 кВт (1 шт.).  [c.254]

Разрабатывают выпрямители с использованием в выпрямляющих силовых обмотках управляемых вентилей-тиристоров. Схема управления тиристорами обеспечивает необходимый вид внешней характеристики, широкий диапазон регулирования силы сварочного тока и стабильность его при колебаниях наиражения питающей сети (ВД-304).  [c.133]

ГО метода распределения их по силовым тиристорам позволяют существенно снизить затраты мощности на управление, значительно упростить и повысить надежность СУВ. Другим достоинством рассмотренной СУВ, как было показано выше, является нечувствительность ее к несим-метрии питающей сети, что ведет к снижению необходимой длительности пачек управляющих импульсов и потерь в тиристорах выпрямителя.  [c.79]

Сетевая катодная станция реверсивная автоматическая СКСР-1200 предназначена для защиты магистральных трубопроводов от коррозии, вызываемой знакопеременными блуждающими токами. Принцип работы — автоматическое поддержание заданного значения потенциала сооружение — земля путем фазочувствитель-ного регулирования величины выпрямленного тока силовыми тиристорами.[c.131]

Системы нагружения и нагрева включают аппаратуру и приборы задачи программ РУ-5-02 (7), приборы измерения программируемых параметров ЭПП-09 и ЭТП-209, снабженные реохордами обратной связи (3), а также усилительную аппаратуру с исполнительными элементами — тиристоры ВКДУ-150, вариатор РНО-250, силовой трансформатор ОСУ-20 (4) и электродвигатель постоянного тока ПБСТ-ЗЗ (5).  [c.227]

Силовыми элементами могут служить электромагнитные контакторы и реле — при позиционном и импульсном регулировании, а также магнитные усилители и полупроводниковые управляемые элементы (транзисторы, тиристоры, симисторы) — при всех видах регулирования.  [c.477]

Датчиками температуры (Д) являются два термопреобразователя сопротивления, установленные в верхней и нижней зонах рабочего пространства криокамеры. Измерительное устройство (И) каждого канала представляет собой мост, в одно из плеч которого включен переменный резистор (задатчик 3), а в другое — датчик. Снимаемый с диагонали моста сигнал, пропорциональный разности заданного и текущего значений температур, после усиления в усилителе (У) воздействует на силовой элемент СЭ) — тиристор.  [c.483]

Систему управления инвертором функционально и конструктивно можно разделить на три части задающий генератор, каскады предварительного усиления и оконечный каскад (выходная панель). Принцип работы задающего генератора основывается на заряде емкости через переменное сопротивление и разряде ее через динистор. В качестве переменного сопротивления используется переход коллектор — эмиттер строенного транзистора. Деление частоты задающего генератора и предварительное формирование импульсов управления осуществляются на логических элементах и блокинг-генерато-рах. Оконечные каскады обоих каналов управления собраны на силовых тиристорах. Нагрузка оконечных каскадов (управляющие переходы тиристоров инвертора) подключается через трансформаторы. Трансформаторы выполнены на ферритовых сердечниках. Каждому плечу инвертора соответствует один трансформатор. Первичная обмотка трансформатора намотана секциями, между которыми намотаны вторичные обмотки. Импульсы управления имеют передний фронт не более 2 мкс при амплитуде импульсов 3—3,5 А. Система управления инвертором, кроме оконечных каскадов, выполнена отдельным блоком. В этом же блоке расположены цепи защиты преобразователя от аварийных режимов.  [c.215]


Блок-схема установки приведена на рис. 5.1. В установке применено пропорциональное регулирование нагревом и нагружением. Системы нагружения и нагрева включают аппаратуру и приборы задачи программ—нагрузок (или дефорлгаций), температуры, компенсации свободной термической деформации — РУ-5-01 (2), приборы измерения программируемых параметров, снабженные реохордами обратной связи КСП-4 2, 3) а также усилительную аппаратуру 9 с исполнительными элементами — тиристоры ВКДУ-150 (4), вариатор РНО-250 (5), силовой трансформатор ОСУ-20 (6) и электродвигатель 7.[c.114]

Т — собственно трансформатор а — угол включения тиристора X — угол работы тиристора fg — начало периода колебаний питающего напряжения / , /3 — время начала пропускания тока тиристами 2 — время окончания пропускания тока тиристорами и — окончание периода колебаний питающего напряжения i/2— питающее напряжение / — напряжение нагрузки /2 — сила тока нагрузки БФУ — блок фазового управления БЗ — блок задания — активная нагрузка ySl—yS2 — блок силовых тиристоров  [c.122]

Регулятор может устанавливаться как в первичной, так и во вторичной цепи трансформатора, поэтому его коммутирующие элементы VS я VS 2 должны иметь достаточную мощность. В этом качестве чаще всего используются силовые управляемые вентили — тиристоры. В состав регулятора входят также блок фазового управления (БФУ), формирующий импульсные сигналы для включения тиристоров, и блок задания (БЗ), с помощью которого настраива-  [c.122]

Подсистема исполнения содержит в системах создания силы и крутящего момента блоки тиристоров, реверсивные исполнительные двигатели постоянного тока, источники питания обмоток возбуждения, силовые трансформаторы ТР-1 и вариаторы РНО-250-5, С помощью вариатора можно изменить частоту вращения исполнительного двигателя при неизменном управляющем сигнале и, следовательно, обеспечить возможность регулирования минимальной и максимальной скорости привода подвижных захватов в широких пределах. В качестве исполнительных двигателей для систем создания силы и крутящего момента использованы соответственно электродвигатель постоянного тока П-11 (мощность 0,7 кВт) и серводвигатель постоянного тока СД-621 (мощность 0,23 кВт). В подсистеме создания внутреннего давления исполнительный блок состоит из управляющего двигателя, регулятора давления и насосной станции НСВД-2500. Подсистема исполнения программного регулирования температуры собрана на базе высокоточного регулятора температуры ВРТ-3 и нагревателя, помещенного во внутреннюю полость образца. Нагреватель представляет собой спираль, навитую на керамический стержень.  [c.152]

ГО что ведущие мировые производители приборов силовой электроники и прежде всего, мощных полевых транзисторов, тиристоров, биполярных транзисторов с изолированным затвором (JGBT-приборов), сделали ставку на использование в качестве базовой именно технологии прямого соединения пластин. При этом речь идет о широком использовании в промышленном производстве исходных кремниевых пластин диаметром 200 мм. Аналогичная ситуация складывается и в производстве низковольтных и маломощных высокочастотных У СБИС на основе структур кремния на диэлектрике. Подтверждением этому является го, что по имеющимся прогнозам в 2000 г. предполагалось поставить на мировой рынок около 2 млн штук структур кремния на диэлектрике циаметром 200 мм (этой цифрой оценивалась реальная потребность в гаких структурах). При этом 80 % от этого количества планировалось произвести методом прямого соединения пластин.  [c.83]

Известно, что значительную часть в общем выпуске полупроводниковой продукции составляют дискретные приборы (диоды, транзисторы, тиристоры) для нужд силовой промыхпленной электроники и мощной преобразовательной техники.  [c.157]


Управление мощностью с помощью SCR (тиристора) — другие полупроводниковые устройства

Прочие полупроводниковые устройства

Устройством, широко используемым для управления питанием как переменного, так и постоянного тока, является кремниевый управляемый выпрямитель (SCR). Он имеет множество промышленных электронных приложений, такие как реверс и управление скоростью для двигателей постоянного тока.

В дополнение к аноду и катоду SCR имеет затвор. Контролируя фаза сигнала затвора по отношению к фазе напряжения питания, угол срабатывания (задержки) ворот можно удерживать в любой точке цикла примерно до 180°.Благодаря управлению углом обстрела, Таким образом, можно контролировать среднюю мощность, подаваемую на нагрузку.

С источником переменного напряжения SCR действует как управляемый однополупериодный выпрямитель, поскольку он будет блокировать как положительные, так и отрицательные полупериоды до тех пор, пока на затвор подается положительный управляющий сигнал. Пока управляющий сигнал присутствует, SCR будет проводить в течение положительного полупериода и блокировать в отрицательный полупериод. При снятии управляющего сигнала SCR снова заблокирует оба полупериода, так как он автоматически поворачивает отключается в конце каждого положительного полупериода.При правильном выборе времени приложенный управляющий сигнал, SCR можно заставить проводить для всех или часть положительного полупериода. Таким образом, пропорциональный контроль выход, а также включение-выключение возможно.

Выключатель питания постоянного тока

Входные характеристики тринистора, затвор-катод, аналогичны входу база-эмиттер кремниевого транзистора NPN. Срабатывание происходит при определенных значениях входного тока и напряжения. Таким образом, устройство можно использовать как статический переключатель с Источник переменного или постоянного тока.

Схема ниже имеет источник постоянного тока, а SCR действует как защелка. выключатель. После включения управляющим сигналом он остается включенным. К выключите его, анодный ток должен быть снижен ниже значения дропаута уровень. Резистор R 1 обеспечивает отрицательное смещение затвора тока и обеспечивает стабильное состояние «выключено».

Простой переключатель с фиксацией.

SCR сработает при любом токе нагрузки, превышающем отсев. уровень. Он будет работать и с небольшими нагрузками (т.грамм. 10 мА), как и при более высокие токи нагрузки. Схема может использоваться как одноконтактная. переключатель с фиксацией для прямого управления данной нагрузкой, и полезен для управления катушками реле или аналогичными электромагнитными нагрузками. С SCR, обычное реле постоянного тока можно преобразовать в высокочувствительное фиксирующее реле. Для индуктивных нагрузок может потребоваться шунтирующий диод, для устранения скачков напряжения при отключении питания.

Для простой схемы фиксации можно выполнить отключение. снятием напряжения источника.SCR также можно отключить. с помощью емкостного шунта, как показано на схеме ниже. SCR выключен пока входной управляющий сигнал не включит его. Во включенном состоянии напряжение на аноде около одного вольта. C 1 заряды через Р 3 примерно на стоимость поставки Напряжение. Замыкание ключа вызывает заряд на конденсаторе управлять отрицательным анодом SCR по отношению к земле. Ток нагрузки питается уже не от SCR, а от разряжающегося конденсатора.Этот метод достижения отсечки тиристора известен как отключение шунтирующего конденсатора. Конденсатор должен быть достаточно большим, чтобы удерживать отрицательный анод SCR в течение длительного времени. достаточно, чтобы обеспечить выключение.

Отключение шунтирующего конденсатора.

Также может быть включено большое количество энергии и выключение с помощью только небольших механических переключателей. Отношение мощности управления к управляемая мощность настолько высока, что небольшой переключатель для легких режимов работы ( S 1 , на рисунке ниже) можно использовать в цепи, которая может коммутировать несколько киловатт.

На рисунке ниже SCR включен последовательно с входом постоянного тока. (подача) и нагрузка ( R L ). Обычно он обрезан, так что нагрузка не находится под напряжением. Когда S 1 закрыт, однако небольшой ток от положительной входной клеммы, ограниченный высоким сопротивлением R 1 , втекает в затвор и включает SCR, подавая питание Загрузка. После того, как это действие было инициировано, S 1 , можно открыть, но проведение продолжится.

Выключатель питания постоянного тока с использованием контактов.

Отверстие S 1 позволяет заряжать конденсатор C 1 к входному напряжению постоянного тока, через резистор R 1 , с правым сторона положительная. Когда питание должно быть отключено, переключатель S 2 , моментально закрывается. Это соединяет положительную клемму заряженного конденсатор к отрицательной клемме входа постоянного тока (земля) и отрицательной напряжение подается на анод выпрямителя в течение короткого промежутка времени.Это отключает SCR.

Выключатель питания переменного тока

Тиристоры часто используются там, где необходимо коммутировать большое количество энергии, но Контактный ток и напряжение должны быть низкими для простой и надежной работы. SCR обеспечивают решение этой общей проблемы управления. Чувствительные исполнительные контакты должны подавать только мощность открытия затвора, которая может составлять всего 50 микроватт (1 В, 50 мкА). SCR будет непосредственно обеспечивают до 100 Вт и более на выходную нагрузку.

Обратная характеристика тиристора аналогична характеристике нормального кремниевый выпрямительный диод, поскольку оба представляют собой по существу разомкнутые цепи с отрицательным напряжением анод-катод.Прямая характеристика таким образом, что он будет блокировать положительное напряжение между анодом и катодом ниже критическое напряжение пробоя, если на терминал ворот. Однако, преодолев прямой прорыв напряжения или подачи соответствующего сигнала затвора, устройство быстро переходят в проводящее состояние и представляют собой характерные низкое прямое падение напряжения однопереходного выпрямителя.

Переключатель серии

.

На рисунке выше показан простой переключатель серии S , который применяется сигнал переменного тока на ворота. R 1 ограничивает этот ток затвора безопасным значение, а диод D предотвращает подачу обратного напряжения между затвором и катодом в непроводящем цикле. Нагрузка R L может иметь любое значение в пределах SCR.

Сигналы переключателя переменного тока.

Пока S разомкнут, SCR не сработает при отключении переменного тока. применяемый. Замыкание S позволяет положительному чередованию вызывать проводимость, поскольку затвор запускает SCR, а его анод положительный.Как показано на рисунке выше, SCR срабатывает менее чем на 180° и не срабатывает. на отрицательном чередовании. Таким образом, замыкание S будет управлять стрельбой. точка для каждого положительного чередования, и постоянный ток будет течь через нагрузку. Ток нагрузки может быть прерван размыканием S или отрицательным анодное напряжение.

Шунтовой переключатель.

Можно использовать DC на воротах для управления огневой точкой. Или, как показано на рисунке выше, цепь можно разомкнуть, разомкнув S , где переключатель от затвора к катоду.Ток нагрузки может быть прерывается замыканием S или отрицательным анодным напряжением.

Ток нагрузки при замкнутом выключателе.

Две другие простые схемы переключения мощности на нагрузку: показано. Схема на рисунке выше будет обеспечивать нагрузку мощность, когда исполнительный контакт замкнут, но не когда он открытым. Схема на рисунке ниже обеспечивает обратное действие; питание подается на нагрузку только при разомкнутом контакте. Если при желании обе схемы можно «зафиксировать», работая с Постоянный ток вместо указанного источника питания переменного тока.На рисунке выше делитель напряжения R 2 , R 3 обеспечивает сигнал стробирования переменного тока. На рисунке ниже замкнутый переключатель приводит к тому, что затвор и анод имеют одинаковый потенциал; следовательно, SCR не сработает.

Ток нагрузки при разомкнутом переключателе.

Питание переменного тока можно переключать с помощью схемы, показанной на рисунке ниже, с помощью два тиристора, соединенные встречно-параллельно, для обработки обоих полупериодов переменного напряжения.

Выключатель переменного тока

с двумя тиристорами.

Управляющий ток подается на затворы через резистор R 3 , при коротком замыкании клемм управления внешним переключателем (механическим или электронным).

Переключатель, который позволяет стрелять каждым воротам, может управляться электронный усилитель, работающий от света, тепла, давления, и т.п. Когда контрольный переключатель замыкается, тиристоры срабатывают один раз для каждого чередование. Когда переключатель разомкнут, ни один SCR не срабатывает. В этом Таким образом, мощность переменного тока на нагрузке контролируется.

Полупериодный переключатель

С источником переменного напряжения SCR работает как управляемый однополупериодный выпрямитель, блокирующий как положительный, так и отрицательный полупериодов, пока на затвор не поступит положительный управляющий сигнал. То Затем SCR будет проводить во время положительных полупериодов.

Схема ниже представляет собой простой статический переключатель переменного тока, который подает выпрямленный ток. полуволновой постоянный ток на нагрузку. Входной управляющий сигнал может быть переменного тока, постоянного тока или импульса.

Полуволновой переключатель.


Полноволновой переключатель

Полноволновое статическое переключение также возможно с SCR. Как показано на схеме ниже двухполупериодная схема может быть сформирована с использованием двух каскадов SCR. В этой схеме тиристоры включены встречно-параллельно и проводят при противоположных чередованиях. Управляющий сигнал 1 подается, когда SCR-1 имеет положительный анодное напряжение; при следующем чередовании управляющий сигнал 2 положительный в то время как анод SCR-2 положительный.

Двухполупериодный переключатель.


ECSTUFF4U для инженера-электронщика

Термин «тиристор» обозначает семейство полупроводниковых устройств и используется для управления мощностью в системах постоянного и переменного тока.Один из старейших методов этого семейства тиристоров называется кремниевым управляющим выпрямителем (SCR). Эта статья дает информацию о некоторых преимуществах и недостатках тиристора, чтобы узнать больше о тиристоре.

Преимущества тиристора:
  • Легко включается
  • Может управлять питанием переменного тока
  • Может переключать высоковольтное, сильноточное устройство
  • Очень низкая стоимость
  • Простое управление
  • Можно защитить с помощью использования
  • Он может работать с большим напряжением, мощностью и током
  • Он намного меньше по размеру по сравнению с трансформатором
  • .
  • Схема срабатывания SCR простая
Недостатки тиристора:
  • Не может быть отрицательным
  • Нельзя использовать более высокую частоту
  • Невозможно легко отключить
  • В цепи переменного тока необходимо включать каждый цикл
  • Ток затвора не может быть отрицательным
  • Низкая скорость переключения

Узнать больше информации:

Термин «тиристор» обозначает семейство полупроводниковых устройств и используется для управления мощностью в системах постоянного и переменного тока.Один из старейших методов этого семейства тиристоров называется кремниевым управляющим выпрямителем (SCR). Эта статья дает информацию о некоторых преимуществах и недостатках тиристора, чтобы узнать больше о тиристоре.

Преимущества тиристора:
  • Легко включается
  • Может управлять питанием переменного тока
  • Может переключать высоковольтное, сильноточное устройство
  • Очень низкая стоимость
  • Простое управление
  • Можно защитить с помощью использования
  • Он может работать с большим напряжением, мощностью и током
  • Он намного меньше по размеру по сравнению с трансформатором
  • .
  • Схема срабатывания SCR простая
Недостатки тиристора:
  • Не может быть отрицательным
  • Нельзя использовать более высокую частоту
  • Невозможно легко отключить
  • В цепи переменного тока необходимо включать каждый цикл
  • Ток затвора не может быть отрицательным
  • Низкая скорость переключения

Узнать больше информации:

КОНТРОЛЛЕР

SCR С РЕГУЛЯТОРОМ | СЕХКО

КОНТРОЛЛЕР SCR С РЕГУЛЯТОРОМ

(Подходящие совпадения для этой категории показаны ниже)

Контроллер двигателя SCR 10000 Вт
3-фазная цепь контроллера питания SCR
Цепь управления нагревателем SCR
Управление питанием с помощью SCR pdf
Регулятор фазового угла SCR
Регулятор мощности SCR
Режимы отказа SCR
Цепь регулятора напряжения SCR
Контроллер SCR с регулятором
Однофазные контроллеры SCR
Однофазные контроллеры SCR
1 Контроллеры PH SCR
Трехфазные контроллеры SCR
3 контроллера PH SCR
Контроллеры питания SCR
Однофазные регуляторы мощности SCR
Трехфазные регуляторы мощности SCR
1 PH Контроллеры питания SCR
3-фазные контроллеры питания SCR
Высоковольтные контроллеры SCR
Низковольтные контроллеры SCR
Сильноточные контроллеры SCR
Слаботочные контроллеры SCR
Устаревшие контроллеры SCR
Специальные контроллеры SCR
Специальные контроллеры SCR
Сменные контроллеры SCR
Контроллеры SCR, снятые с производства
Контроллеры SCR, которые сложно найти
Контроллеры SCR сняты с производства
Плата управления и регулирования трехфазного триггера
Контроллеры питания SCR
Цепи зажигания для трехфазной силовой электроники
Регуляторы мощности SCR фазового угла
Цепь управления питанием SCR
Тиристоры и цепи управления мощностью
Управление питанием с помощью SCR
Управление фазой с помощью тиристоров
Кремниевые выпрямители и трансформаторы для управления питанием
Понимание элементов управления питанием SCR
Плата управления и регулирования трехфазного триггера
Аналоговые SCR-контроллеры мощности
Регулятор мощности SCR, регулятор мощности SCR
Усовершенствованные контроллеры питания SCR
Промышленный SCR  Контроллер мощности
Регуляторы мощности SCR для электрических нагревателей сопротивления‎
Цифровой трехфазный регулятор мощности SCR
Источники питания с фазовым управлением SCR
Выпрямители SCR
Контроллер SCR с регулятором снят с производства
Специалист контроллера SCR с регулятором
Индивидуальный дизайн контроллера SCR с регулятором
Высоковольтный контроллер SCR с регулятором
Сильноточный контроллер SCR с регулятором
OEM-приложение SCR с регулятором
Сделано в США, контроллер SCR с регулятором
Недорогой контроллер SCR с регулятором
Контроллер SCR с регулятором 30 лет в бизнесе
Контроллер SCR с переменным выходом и регулятором
Высокочастотный контроллер SCR с регулятором
Контроллер SCR 400 Гц с регулятором
Контроллер SCR среднего напряжения с регулятором
Сменный аналог контроллера SCR с регулятором
Контроллер SCR с несколькими выходами и регулятором
Контроллер SCR 4 Mil C Core с регулятором
Контроллер SCR с рейтингом K с регулятором
Контроллер SCR 300 А с регулятором
Применение в печи Контроллер SCR с регулятором
Нагревательный элемент Контроллер SCR с регулятором
Контроллер SCR 500 А с регулятором
Контроллер SCR 700 А с регулятором
Ремонт контроллера SCR с регулятором
Ремонт контроллера SCR с регулятором
Трехфазный регулируемый контроллер SCR с регулятором
Промышленный контроллер сухого типа SCR с регулятором
Контроллер промышленного среднего SCR с регулятором
Переменный контроллер SCR среднего напряжения с регулятором
Трехфазный контроллер MVA/SCR с регулятором
Контроллер SCR сухого типа 400 Гц с регулятором
Контроллер SCR Variac Control с регулятором
Контроллер Variac Controlled SCR с регулятором, герметичный
Контроллер Variac Controlled SCR с регулятором 60 Гц
Контроллер Variac Controlled SCR с регулятором 50/60 Гц
Контроллер Variac Controlled SCR с регулятором 5 кГц
Контроллер Variac Control SCR с регулятором 10 кГц

Обзор тиристора управляемого кремнием выпрямителя

и схемы


Рис.1

Автор: Lewis Loflin

Кремниевый управляемый выпрямитель, иногда называемый Тиристором, представляет собой просто диод с затвором. Они используются в ряде цепей, обычно для управления мощностью AC-DC. Они связаны с симисторами, которые я не буду здесь рассматривать.

См. Базовые симисторы и кремниевые управляющие выпрямители.

Теоретически их можно представить в виде двух транзисторов, соединенных, как показано на рис. 1. Когда между затвором и катодом протекает небольшой ток, устройство будет проводить и будет проводить до тех пор, пока не прекратится протекание тока между анодом и катодом.

Согласно рис. 1, при нажатии SW1 небольшой ток затвора, ограниченный резистором 270 Ом, включает транзистор Q2. Затем Q2 включает Q1, и они продолжают включать друг друга.


Рис. 2

На Рис. 2 я перерисовал схему. Нажмите SW2, ток затвора включает SCR1. Нажмите SW1 (нормально замкнутый), токовый путь прервется, и лампа загорится.


Рис. 3

На рис. мы вводим переменное напряжение. Нажмите SW4, лампа загорится на половинной мощности. SCR1 действует просто как однополупериодный выпрямитель.Отпустите SW4, и лампа погаснет. Когда переменный ток достигает нуля, SCR1 выключается.

Диод используется для блокировки отрицательного полупериода от затвора SCR.

Это свойство полезно при работе с цепями управления мощностью переменного тока. См. базовое руководство по устранению неполадок источника питания.


Рис. 4

На рис. 4 показана оптопара на основе SCR, используемая для управления цепями SCR большей мощности. Это обеспечивает интерфейс между ПЛК или низковольтным микроконтроллером.


Рис.5

Для получения дополнительной информации см. следующее:


Рис. 6

На рис. 6 показаны некоторые из множества доступных стилей корпусов. Некоторые могут нести сотни ампер тока и очень дороги.

Другая проблема связана с чувствительностью ворот. Многие тиристоры высокой мощности требуют более высоких токов управления затвором. Проверьте свой лист данных. Блок в левом нижнем углу я видел в промышленном сварочном оборудовании.


Рис. 7

Примечание: BT137-600 продается на Ebay, поскольку SCR на самом деле является симистором.Он будет работать как SCR, но лучше использовать настоящий SCR.

На рис. 7 показан S6016R, который я использовал во многих своих проектах на этих веб-страницах. Несмотря на номинальный ток 8 ампер, помните о проблемах с теплоотводом. Я бы не запускал устройство выше 6 ампер. Затвор довольно чувствителен, и я построил несколько модулей SCR, используя их с оптронами h21C4.

Обратите внимание на эту двойную схему SCR, состоящую из этих отдельных модулей SCR оптопары.


Рис. 8

На рис. 8 показан тиристор MCR100-6 с номинальным током 800 мА при напряжении 400 вольт.Я использовал их для построения маломощных тестовых схем на 24 вольта, прежде чем перейти к S6016R на 120 вольт.

Их также можно использовать для управления менее чувствительными тиристорами высокой мощности.

И BT137-600 (объявление было ошибочным), и MCR100-6 я купил на Ebay. Будьте осторожны при чтении страниц Ebay, потому что некоторые поставщики используют термин Triac для SCR и тиристор для Triacs. Перед покупкой проверьте лист данных с номером детали!

Оптическая изоляция элементов управления двигателем H-Bridge YouTube
Оптическая изоляция блоков управления двигателем H-Bridge

Теория оптронов и схемы YouTube
Драйверы оптоизолированных транзисторов для микроконтроллеров

All NPN Transistor H-Bridge Motor Control YouTube
Все транзисторы NPN H-Bridge Control Motor Control

Учебное пособие по широтно-импульсной модуляции

на YouTube
Учебное пособие по широтно-импульсной модуляции

PIC12F683 Микроконтроллер и схемы YouTube
Микроконтроллер PIC12F683 и схемы

 

Как микропроцессорные контроллеры мощности SCR могут упростить ваш промышленный процесс термической обработки — термическая обработка сегодня

Точное регулирование температуры, несомненно, является важнейшей переменной в производственном процессе, влияющей на качество конечного продукта.Используя интеллектуальное управление мощностью и профилактическое обслуживание, кремниевые управляемые выпрямители (SCR) играют важную роль в регулировании температуры и улучшении промышленного процесса термообработки. Что такое SCR и , как они улучшают процесс промышленной термообработки?

В этой статье «Технический вторник» , написанной Тони Бушем , инженером по продажам в Control Concepts, Inc. помочь вам улучшить регулирование температуры.

(Эта статья была первоначально опубликована в печатном издании Heat Treat Today’s  Vacuum Furnace за ноябрь 2021 г.)


Тони Буш
Специалист по продажам
Control Concepts, Inc.

Мередит Барретт
Менеджер по маркетингу и развитию бизнеса,
Weiss Industrial

Введение

При производстве металлов и термообработке регулирование температуры имеет решающее значение.Контроллеры мощности SCR регулируют поток электроэнергии от сети к основному нагревательному элементу в производственном процессе. Обычно основным нагревательным элементом является печь, обжиговая печь или печь, и тиристор часто подключается к нагревательному элементу напрямую или к трансформатору, подключенному к нагревательному элементу.

Возможность расчета сопротивления в печи может предоставить информацию об общем состоянии элемента. SCR собирает данные и передает их обратно в сеть. Профилактическое обслуживание позволяет узнать, когда элемент достиг своего срока полезного использования.В этой статье будет определено, что такое контроллер мощности SCR, как он работает и какие существуют режимы зажигания.

Обзор цифрового тиристорного/тиристорного регулятора мощности

«Тиристор» в переводе с греческого означает «дверь». Термин представляет собой гибрид слова тиратрон и транзистор. Согласно определению ElectricalTechnology.org, тиратрон представляет собой заполненную газом трубку, которая работает как SCR. Тринистор и тиристор — взаимозаменяемые термины при описании устройства с четырьмя полупроводниковыми слоями или тремя PN-переходами с механизмом управления.Эти небольшие машины известны как фиксирующие устройства. В контексте электротехники защелка — это тип переключателя, когда он включен, он остается включенным после снятия управляющего сигнала.

Рисунок 1. Течение тока

Фактический модуль управления питанием представляет собой современное электронное устройство со светодиодными индикаторами и клеммами ввода-вывода. Основные внутренние компоненты контроллера мощности SCR включают в себя:

• Полупроводниковые силовые устройства (тиристоры и диоды)
• Микропроцессорные схемы управления, обычно называемые схемой зажигания
• Радиатор (средство для рассеивания тепла, выделяемого полупроводниковыми устройствами)
• Защитные схемы (предохранители и ограничители переходных процессов)

На приведенной ниже схеме показана очень простая модель, на которой показана одна ножка контроллера SCR.Однако во всех электрических конструкциях контроллеров мощности, таких как популярная серия Control Concepts MicroFUSION, представленная в этой статье, каждая управляемая ветвь требует наличия тиристоров, расположенных вплотную друг к другу в модуле управления мощностью из-за наличия переменного тока.

Рисунок 2. Базовая модель одной ноги контроллера SCR

Чем цифровые регуляторы мощности SCR превосходят своих аналоговых предшественников?

«Цифровые» контроллеры мощности SCR — это, по сути, краткий способ обозначения блока контроллера мощности, который использует переключатель SCR (в отличие от другого метода переключения, такого как биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT)) и имеет все вышеперечисленные компоненты. .Кроме того, эти устройства содержат микропроцессоры, которые делают их более интеллектуальными устройствами. Они масштабируемы и легко сочетаются с другими цифровыми устройствами, в то время как сопряжение с аналоговыми регуляторами мощности приводит к потенциальному усилению и смещению эмиттера.

Цифровые SCR-контроллеры мощности

могут обеспечить гибкость, не имеющую себе равных в аналоговых устройствах. Эта гибкость включает в себя различные варианты связи и возможность легко переключаться между режимами стрельбы, и все это без необходимости замены устройства или повторного подключения.Адаптивный характер цифровых регуляторов мощности SCR позволяет гораздо проще интегрировать их в промышленный процесс термообработки.

Старые аналоговые устройства не так легко настраиваются, как их цифровые аналоги. Более новые SCR имеют не только настраиваемые неисправности и аварийные сигналы, но и сохраняемые файлы конфигурации, которые можно легко загрузить на другой блок.

Цифровые контроллеры мощности

SCR могут обеспечить точность и воспроизводимость, ранее недостижимые для аналоговых контроллеров.Цифровые блоки имеют возможности регулирования мощности, которые подстраиваются как под колебания сетевого напряжения, так и под сопротивление нагревательного элемента. Эта форма регулирования мощности является не только наиболее точным способом регулирования температуры, но и обеспечивает воспроизводимость процесса.

Синхронизация двух устройств, подключенных к одному и тому же источнику питания, работающих в режиме пересечения нуля, не идеальна. Это означает, что модули не должны синхронизироваться, чтобы они включались и выключались одновременно. Если это произойдет, процесс потребует от источника большого количества тока, когда все контроллеры включены, и никакого, когда они выключены.

Разработанная компанией функция SYNC-GUARD™, ранее недоступная в более старых модулях контроллеров SCR, снижает потребление пикового тока, требуемого от источника с течением времени, заставляя каждый контроллер пытаться найти время для включения при меньшем количестве контроллеров или при отсутствии других контроллеров. стреляют. Однако он имеет свои ограничения. Чем больше контроллеров добавлено в приложение, тем выше вероятность их синхронизации. Когда в приложении используется десять или более контроллеров, становится невозможным не синхронизироваться, несмотря на эту функцию.

Другое ключевое отличие состоит в том, что цифровые регуляторы мощности SCR всегда калибруются и никогда не меняются. Это обеспечивает удобство возможности «установить и забыть». Более новые модели имеют опцию цифрового дисплея, которая ранее была недоступна для аналоговых контроллеров.

Как новейшие контроллеры мощности SCR улучшают работу промышленных печей SCR

могут рассчитывать электрическое сопротивление в печи и обеспечивать точный контроль мощности.Интеллектуальное управление мощностью имеет встроенные алгоритмы, которые обучают функции вычислять данные и предсказывать, что может произойти дальше в течение срока службы нагревательного элемента. Эта возможность может определять частичную потерю нагрузки, изменение сопротивления и полную потерю нагрузки.

Обнаружение отказа при частичной нагрузке — это функция «сторожевого таймера», которая отслеживает изменение сопротивления системы. Это полезно для обнаружения отказа элемента для нагрузок с несколькими параллельными элементами. Эта функция отслеживает установленное пользователем значение допуска, которое определяет отклонение от целевого сопротивления в системе.

Таким образом, оператор может ввести сопротивление вручную или использовать инновационную функцию «обучения» с цифровым контроллером SCR. Это форма искусственного интеллекта, которая позволит SCR изучать нагревательный элемент с помощью алгоритмов. Функция обучения автоматически изменяет и интеллектуально сохраняет различные значения сопротивления в различных заданных точках процесса, исключая работу наугад.

Блоки управления мощностью SCR, прикрепленные к промышленной печи

Отжиг нагревателя — это аспект работы промышленных печей, где цифровые тиристоры предлагают большой уровень контроля.Промышленные печи, обжиговые печи и духовки часто футерованы каким-либо огнеупорным или керамическим материалом, который позволяет им выдерживать чрезвычайно высокие температуры. Как правило, этот материал может подвергаться нагрузкам и трескаться при слишком быстром нагревании, особенно в некоторых погружных нагревателях, где может присутствовать влага.

Современные контроллеры мощности SCR имеют фактический режим прогрева нагревателя, который будет постепенно повышать температуру нагревательного элемента, позволяя печи медленно выравниваться по температуре.Если в нагревательном элементе присутствует какая-либо влага, она испаряется, и в любом случае медленное повышение температуры предотвращает повреждение огнеупора. Это может предотвратить как дорогостоящий ремонт печи, так и время простоя.

Другим важным преимуществом цифровых контроллеров SCR является индикация переключения ответвлений, которая информирует оператора о том, когда следует переключать ответвления напряжения. Некоторые нагрузки, даже если они остаются неизменными, все же могут влиять и изменять сопротивление элемента с течением времени. Поскольку это влияет на коэффициент мощности, можно использовать трансформатор с несколькими отводами напряжения.

Кроме того, для достижения постоянной выходной мощности можно использовать цифровые контроллеры SCR. Функция индикации переключения ответвлений сигнализирует оператору, когда следует отрегулировать отводы напряжения на более высокое или более низкое значение, на цифровом дисплее или в цифровом виде через панель монитора сигнализации.

Профилактическое и профилактическое обслуживание

Профилактическое обслуживание стало популярным модным словом, связанным с «Индустрией 4.0», поскольку сейчас мы вступаем в так называемую четвертую промышленную революцию, или оцифровку производственного процесса с использованием взаимосвязанной сети интеллектуальных устройств.Целью как профилактического, так и профилактического обслуживания является повышение надежности активов, таких как промышленная печь, печь или печь для обжига, используемых в производственном процессе термообработки. Это не только позволяет избежать дорогостоящих простоев, но и увеличивает срок службы активов, что приводит к существенной экономии затрат на техническое обслуживание.

Основное различие между ними заключается в том, что профилактическое обслуживание представляет собой просто регулярное запланированное техническое обслуживание, такое как проверка однородности температуры (TUS) в промышленной печи.Подумайте, например, о том, как вы меняете масло каждые 3000 миль в своем автомобиле, потому что это обычная практика для продления срока службы вашего двигателя: это профилактическое обслуживание.

Профилактическое обслуживание — это в большей степени мониторинг состояния или сбор сведений о состоянии актива. Он основан на текущем времени и постоянном мониторинге данных с интеллектуальных устройств в промышленной сети. Профилактическое обслуживание позволяет узнать, когда элемент необходимо отремонтировать или когда срок его службы истек, и его необходимо заменить.Знание срока службы элемента позволяет структурировать отключение, предотвращая дорогостоящие незапланированные простои.

Как тиристоры обеспечивают интеллектуальное управление мощностью?

В случае интеллектуального управления мощностью SCR действует аналогично переключателю диммера на осветительном приборе. Он регулирует количество электричества, поступающего в печь, точно так же, как диммер регулирует количество света, поступающего в лампочку. Целью регулирования подачи электроэнергии на нагревательный элемент является поддержание заданной температуры и предотвращение повреждения оборудования от скачков напряжения или скачков напряжения.

«Сопротивление» — это электротехнический термин, который относится к величине тока, который может протекать через нагревательный элемент печи, машины или другого электронного устройства, которое нагревается. Технически это может быть что-то такое же простое, как ваш домашний тостер. Когда нагревательный элемент холодный, сопротивление электричеству ниже, что позволяет проходить большему току. Когда он горячий, его сопротивление выше, блокируя входящий ток.

Рис. 3. Источник переменного тока (слева) и напряжение нагрузки (справа)

Колебания температуры могут быть вызваны колебаниями электрического тока, поступающего из сети (сетевого напряжения), и сопротивления печи.Контроллеры мощности SCR приспосабливаются как к изменениям напряжения сети, так и к сопротивлению печи, регулируя выходной ток с использованием различных режимов обжига.

Режимы срабатывания SCR: объяснение фазового угла и пересечения нуля

Что технически представляет собой «режим срабатывания», когда речь идет о SCR? Как отмечено на схеме SCR, топология SCR включает в себя схему управления, также известную как «схема запуска». SCR имеет обратную связь и логику для определения того, как он будет запускать электрическую синусоиду.Тиристоры, как тиристоры, более известные за пределами США, имеют два основных режима управления: фазовый угол и переход через ноль.

Фазовый угол

Когда контроллер мощности SCR регулирует напряжение с помощью угла включения, это называется режимом фазового угла. Это аналог диммера на светильнике. SCR действует как диммер в промышленной печи. Используя управление фазовым углом, каждый SCR в встречно-параллельной паре включается на переменную часть полупериода, который он проводит.Это обрезает каждую половину синусоиды, давая очень плавный выходной сигнал, следовательно, получая правильные киловатты для необходимой нагрузки.

При термообработке, когда тиристор зажигается непосредственно в трансформаторе, необходимо использовать фазово-угловой режим. Это защищает трансформатор от насыщения. (См. рис. 3.)

Пересечение нуля

В режиме срабатывания при пересечении нуля контроллер мощности регулирует рабочий цикл для регулирования напряжения. Каждый SCR включается или выключается только тогда, когда мгновенная синусоидальная форма волны равна нулю.В режиме пересечения нуля мощность подается в течение нескольких непрерывных полупериодов, а затем отключается в течение нескольких полупериодов для достижения желаемой мощности нагрузки.

Другими словами, пересечение нуля лучше всего описать как мигание. Вы запускаете определенное количество полных волновых циклов, затем он отключается на некоторое время, а затем возвращается в режим включения. Среднее значение берется из циклов, которые срабатывают по сравнению с теми, которые не срабатывают, что дает вам контроль.

Включение и выключение перехода через нуль выгодно для коэффициента мощности, а общая стоимость ниже, чем использование SCR в приложениях с фазовым углом.Проще говоря, работа контроллеров мощности SCR в режиме перехода через ноль по сравнению с режимом фазового угла потребляет меньше энергии и экономит деньги на счетах за электроэнергию. Пересечение нуля также практически не дает гармоник. Как показано ниже на рис. 4, вы можете запускать SCR в двухфазном режиме по сравнению с трехфазным, используя переход через ноль. Если сопротивление изменяется менее чем на 10 %, в процессе термообработки можно применить переход через ноль.

Конфигурации контроллера питания SCR
Однофазный

В однофазной конфигурации тиристоры работают вплотную к нагрузке, которая замыкается на L1 и L2.Это самая основная настройка SCR.

Рисунок 4. Однофазная конфигурация

Трехфазный/3-ветвевой (6SCR)

Трехфазный кабель подключается треугольником или звездой и включает три модуля SCR, соединенных в цепь. Это отлично подходит для управления фазовым углом, когда SCR запускает трансформаторы. Топология выгодна и для стрельбы прямой наводкой. Трехфазный режим эффективен при нагрузках с высоким пусковым током, требующих ограничения тока, а также позволяет системе включать и выключать фазу без мигания.

Рис. 5. Трехфазная/3-ветвевая (6SCR) конфигурация

Трехфазный/2-плечевой (4SCR) Только переход через ноль

Эта конфигурация включает два модуля SCR, управляющих двумя ветвями, а третья ветвь подключена к треугольнику или звезде, но возвращается непосредственно к напряжению питания. Это может быть более экономичным для приложения, поскольку оно работает в режиме пересечения нуля.

Рисунок 6. Трехфазный/2-ветвевой (4SCR), режим перехода через ноль

Внутри треугольника

Конфигурация «внутри треугольника» удваивает проводку.Однако это уменьшает размер необходимых SCR. Там, где тиристоры размещены в цепи в конфигурации внутреннего треугольника, потребляется меньший ток в точке. Это более необычная конфигурация, и она редко встречается в полевых условиях.

Рисунок 7. Конфигурация «внутри треугольника»

Какой SCR подходит для вашего приложения?

Weiss Industrial, компания-представитель производителя, решила сотрудничать с одним из ведущих OEM-производителей, чтобы помочь своим клиентам обеспечить бесперебойную и эффективную работу завода.Они объединились с Control Concepts Inc. (CCI) над своими контроллерами питания MicroFUSION, потому что они сочли их продукт самым надежным, а их обслуживание клиентов превосходным. Контроллеры мощности компании производятся в США на принадлежащем компании предприятии площадью 54 000 квадратных футов в Чанхассене, штат Миннесота.

Тони Буш, инженер по продажам, отмечает, что одним из важнейших факторов, которые следует учитывать при выборе правильного контроллера мощности SCR, является тип нагрузки. Для одних нагрузок требуются режимы стрельбы через ноль, для других — только фазовый угол, а в некоторых случаях это не имеет значения.Это может быть либо пересечение нуля, либо фазовый угол.

Основное эмпирическое правило — никогда не использовать переход через ноль на быстро реагирующих нагрузках, таких как инфракрасные лампы и маломассивные нагреватели. В этом случае переход через ноль вызовет слишком большой пусковой ток и может привести к взрыву ламп и/или предохранителей на линии. С другой стороны, нагрузки, в которых изменение сопротивления составляет менее 10%, такие как никель и железо-хром, должны использоваться через ноль. Операторы также предпочитают переход через нуль в тех случаях, когда требуется низкий уровень гармоник, поскольку он производит меньше гармоник, чем режим возбуждения с фазовым углом.

Заключение

В заключение следует отметить, что SCR помогают стать неотъемлемой частью промышленной сети, улучшающей современный процесс термообработки за счет точного и интеллектуального управления мощностью. Они также обеспечивают профилактическое обслуживание, ранее невозможное с их аналоговыми предшественниками. Их многочисленные преимущества заключаются в улучшении работы промышленных печей и производственного процесса термообработки.

Другими важными преимуществами SCR являются их высокая надежность.Поскольку они представляют собой полупроводниковые устройства, в них нет характерного режима износа, который может быть связан с другим промышленным механическим оборудованием, имеющим шестерни или движущиеся части. Это практически не требует обслуживания контроллера мощности SCR.

Имеют бесконечное разрешение, а значит при входном напряжении питания 480 вольт, последовательно 480 вольт будет возвращаться из тринистора при его полном включении. Здесь нет обрезки назад или потери нагрузки. Вы можете перейти от нуля до 100%, если хотите контролировать напряжение, мощность или ток.

SCR

также имеют чрезвычайно быстрое время отклика, что позволяет оператору очень быстро включать и выключать устройство. В Северной Америке напряжение в основном работает на частоте 60 Гц со скоростью 120 полупериодов в секунду. SCR позволяют нацеливаться на определенный полупериод и очень быстро включать и выключать его. Это отличная функция для нагрузок с высоким пусковым током, действующая как устройство плавного пуска, чтобы не допустить насыщения нагревательного элемента.

 

 

Хотите узнать больше?

Weiss Industrial стала партнером Control Concepts Inc.для создания документа в формате PDF под названием «Руководство по интеллектуальному управлению мощностью и регулированию температуры с использованием технологии SCR», который вы можете получить, связавшись с Мередит Барретт, менеджером по маркетингу и развитию бизнеса компании Weiss Industrial: [email protected]

 

Об авторах:

Тони Буш, выпускник Технологического колледжа Данвуди со степенью в области электротехники, начал свою карьеру в Control Concepts, Inc.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.