Тиристорный выпрямитель управляемый: Трехфазный тиристорный управляемый выпрямитель

основные понятия / Статьи и обзоры / Элек.ру

Выпрямитель переменного напряжения строится либо на диодах, либо на тиристорах, либо на их комбинации. Выпрямитель, построенный на диодах, является неуправляемым, а на тиристорах — управляемым. Если используются и диоды, и тиристоры, выпрямитель является полууправляемым.

Неуправляемые выпрямители

Диоды позволяют току протекать только в одном направлении: от анода (А) к катоду (К). Как и в случае некоторых других полупроводниковых приборов, величину тока диода регулировать невозможно. Напряжение переменного тока преобразуется диодом в пульсирующее напряжение постоянного тока. Если неуправляемый трехфазный выпрямитель питается трехфазным напряжением переменного тока, то и в этом случае напряжение постоянного тока будет пульсировать.

Выходное напряжение неуправляемого выпрямителя равно разности напряжений двух диодных групп. Среднее значение пульсирующего напряжения постоянного тока равно 1,35 х напряжение сети.

Управляемые выпрямители

В управляемых выпрямителях диоды заменены тиристорами. Подобно диоду тиристор пропускает ток только в одном направлении — от анода (А) к катоду (К). Однако в противоположность диоду тиристор имеет третий электрод, называемый «затвором» (G). Чтобы тиристор открылся, на затвор должен быть подан сигнал. Если через тиристор течет ток, тиристор будет пропускать его до тех пор, пока ток не станет равным нулю.

Ток не может быть прерван подачей сигнала на затвор. Тиристоры используются как в выпрямителях, так и в инверторах.

На затвор тиристора подается управляющий сигнал α, который характеризуется задержкой, выражаемой в электрческих градусах. Эти градусы оказывают запаздывание между моментом перехода напряжения через нуль и временем, когда тиристор открыт.

Если угол а находится в пределах от 0° до 90°, то тиристорная схема используется в качестве выпрямителя, а если в пределах от 90° до 180° — то в качестве инвертора.

Управляемый выпрямитель в своей основе не отличается от неуправляемого за исключением того, что тиристор управляется сигналом а и начинает проводить с момента, когда начинает проводить обычный диод, до момента, который находится на 30° позже точки перехода напряжения через нуль.

Регулирование значения а позволяет изменять величину выпрямленного напряжения. Управляемый выпрямитель формирует постоянное напряжение, среднее значение которого равно 1,35 х напряжение сети x cos α.

По сравнению с неуправляемым выпрямителем управляемый имеет более значительные потери и вносит более высокие помехи в сеть питания, поскольку при более коротком времени пропускания тиристоров выпрямитель отбирает от сети больший реактивный ток.

Преимуществом управляемых выпрямителей является их способность возвращать энергию в питающую сеть.

По материалам компании «Звезда-Электроника»

Принудительное выключение тиристорных выпрямителей в преобразователях частоты для установок индукционного нагрева металлов

Для исследований системы аварийного отключения тиристорного преобразователя повышенной частоты была создана обобщенная схемотехническая модель тиристорного выпрямителя, тиристорно-конденсаторного выключателя и автономного инвертора. Анализ электромагнитных процессов схемотехнической модели, выполненный в программе Micro-CAP, позволил определить параметры тиристорно-конденсаторного выключателя для применения в установках электротермического, индукционного нагрева.

Применение тиристорно-конденсаторных выключателей в преобразователях частоты с тиристорным выпрямителем

Применение тиристорных преобразователей частоты (ТПЧ) в качестве высокочастотных источников питания индукционных установок требует обеспечения высокой надежности работы силового оборудования. В частности, это обеспечивается с помощью бесконтактной системы аварийной защиты [1-7]. Обычно для тиристорных преобразователей частоты различают две группы аварий: внешние, вызванные короткими замыканиями в нагрузке или превышениями напряжения в питающей трехфазной сети, и внутренние, обусловленные срывами инвертирования, повреждением отдельных полупроводниковых приборов или вызванные нарушениями в системе управления преобразователями. Часто внешние аварии приводят к повреждению полупроводниковых силовых приборов и к развитию внутренних аварий.

Для защиты от развития аварийных процессов в тиристорных преобразователях частоты, выполненных на базе автономных последовательных инверторов с промежуточным звеном постоянного тока, используют принудительное выключение источника постоянного тока [8-14].

В мощных ТПЧ, которые подключаются непосредственно к промышленной сети переменного тока, используются управляемые выпрямители, обеспечивающие выпрямление переменного напряжения 3×50 Гц, 380 В до уровня однофазного выпрямленного напряжения 510 В. Этот уровень постоянного напряжения необходим для питания автономного инвертора повышенной частоты в установках индукционного нагрева металлов с единичной мощностью до 250 кВт и максимальным потреблением постоянного тока от выпрямителя до 500 А.

В полностью управляемых выпрямителях ТПЧ в основном применяются силовые низкочастотные тиристоры, которые в нормальном режиме эксплуатации включаются подачей импульсных сигналов в цепь управления. Чтобы выключить каждый тиристор из анодной и катодной группы выпрямителя, проводящий ток в данный момент времени, необходимы специальные устройства выключения постоянного тока. Бесконтактные устройства защиты обеспечивают принудительное быстродействующее выключение выпрямителей ТПЧ и служат основным средством аварийной защиты, в дополнение к традиционным контактным средствам — предохранителям, рубильникам и электромагнитным контакторам, осуществляющим физическое разъединение электрической цепи.

В ТПЧ, разработанных Уфимской школой преобразователей, специализированных для высокочастотных установок индукционного нагрева металлов, как правило, используются тиристорные автономные инверторы тока, на входе которых применяется дроссель постоянного тока значительной величины. Указанный дроссель уменьшает амплитуду высокочастотных помех, передаваемых в питающую сеть от автономного инвертора, переводит выпрямитель ТПЧ в режим токовой нагрузки и определяет внешнюю характеристику автономного инвертора как источника тока. Эти особенности определяют рабочие режимы ТПЧ, но при развитии аварийных процессов дроссель постоянного тока должен израсходовать запасенную в нем энергию, что увеличивает длительность периода устранения аварии и мощность, рассеиваемую в поврежденных элементах. В то же время дроссель постоянного тока и обратный диод на входных зажимах отделяют автономный инвертор от источника питания — выпрямителя ТПЧ — при его принудительном выключении.

На рис. 1 приведена функциональная схема тиристорного преобразователя частоты с устройством принудительного выключения (УПВ) выпрямителя, подключенного к промышленной трехфазной сети переменного тока. В составе ТПЧ показаны следующие функциональные узлы:

• Выпрямитель полупроводниковый — трехфазный выпрямитель Ларионова, на входе которого установлены датчики максимальной токовой защиты Д1, а на выходе выпрямителя на плюсовой и минусовой шине постоянного тока — дифференциальный токовый датчик Д2.
• ТКВ — тиристорно-конденсаторный выключатель, устройство принудительного выключения выпрямителя (УПВ), состоящее из тиристора защиты и предварительно заряженного конденсатора. В составе УПВ рассматриваем и вспомогательный неуправляемый трехфазный выпрямитель, обеспечивающий заряд конденсатора выключателя, обратный диод и дроссель постоянного тока — элементы, определяющие характер протекания тока в УПВ и ТПЧ.
• Автономный инвертор — тиристорный автономный инвертор тока, на выходе которого подключена высокочастотная нагрузка ТПЧ. В автономный инвертор входят датчики защиты Д3 от аварийных режимов.
• БУЗ — блок управления и защиты ТПЧ, к которому присоединены выходы всех датчиков защиты, блокировок неисправного состояния, а также каналы управления, подключенные к управляющим электродам тиристоров выпрямителя, тиристорам автономного инвертора и тиристору быстродействующей защиты в устройстве принудительного выключения ТПЧ. БУЗ формирует импульсную последовательность сигналов управления тиристорами выпрямителя и тиристора устройства защиты.

Превышение максимального тока преобразователя регистрируется токовыми датчиками, расположенными на токопроводах автоматического выключателя ТПЧ. Датчики тока Д1 представляют собой ферритовые маг-нитопроводы со вторичной обмоткой, нагруженной резистором.

При срыве инвертирования происходит отключение преобразователя от питающей сети системой контроля аварийного состояния, входящей в состав БУЗ, в которой применяются варисторные датчики, контролирующие текущее состояние тиристоров блока силовых вентилей преобразователя. Конструкция основных датчиков защиты Д2 и Д3, регистрирующих наступление аварийного режима ТПЧ, рассмотрена в [13]. В случае возникновения аварийной ситуации, на управляющие выводы тиристора защиты от БУЗ поступают импульсы управления, при этом одновременно снимаются импульсы управления тиристоров выпрямителя.

В составе БУЗ тиристорных преобразователей частоты обычно имеются несколько отдельных каналов:

• канал максимальной токовой защиты (Д1) регистрирует превышение номинального тока на входе преобразователя;
• канал датчика Д2 — защита от короткого замыкания выпрямителя и других элементов ТПЧ на «землю»;
• канал датчика защиты инвертора Д3 при срывах инвертирования, вызванных их повреждением;
• канал датчиков защиты от превышения допустимого напряжения на силовых полупроводниковых элементах;
• канал датчика защиты от замыкания нагрузки инвертора на «землю»;
• канал защиты от превышения допустимой температуры охлаждаемых водой элементов;
• блокировка работы ТПЧ при неисправности системы водяного охлаждения.

К выходным зажимам тиристорного преобразователя подключается нагрузка, которая защищена отдельными датчиками и блокировками.

Включение ТПЧ производится подачей импульсов на управляющие электроды тиристоров трехфазного выпрямителя. Через некоторый интервал времени подаются импульсы на управляющие электроды тиристоров инвертора, и происходит пуск ТПЧ. Длительность интервала задержки пуска такая, что напряжение на конденсаторе ТКЗ (тиристорно-конденсаторная защита) достигает определенной величины, обеспечивающей надежное прерывание аварийного тока ТПЧ, т. е. выключение управляемого выпрямителя.

Одновременно с сигналом любого датчика канала аварийной защиты прекращается подача управляющих импульсов на тиристоры выпрямителя. В этот момент времени подаются импульсы на включение тиристора устройства защиты. ТКЗ создает цепь разряда предварительно заряженного конденсатора. Ток конденсатора ТКЗ протекает навстречу аварийному току выпрямителя, выключая его, с последующим отсечением коммутационной аппаратуры на входе ти-ристорного преобразователя. В этот момент происходит отключение коммутационной аппаратуры на входе тиристорного преобразователя.

Встречный ток УПВ протекает в направлении рабочего тока тиристорного инвертора, вызывая его кратковременное увеличение. Вследствие этого и происходит принудительное выключение аварийного тока проходного тиристора или тиристоров выпрямителя. Кратность увеличения тока УПВ относительно номинальной величины ограничивается индуктивностью дросселя постоянного тока тиристорного инвертора повышенной частоты.

Мы рассмотрели принцип работы базового устройства принудительного выключения выпрямителя переменного тока промышленной частоты, который называется тиристорно-конденсаторным выключателем. Для рассмотрения особенностей и выявления преимуществ различных УПВ выпрямителя, удовлетворяющих требованиям бесконтактных систем защиты тиристорных преобразователей частоты в установках индукционного нагрева металлов, выполненных на основе автономного инвертора тока, рассмотрим варианты схемных решений УПВ и выпрямителей. Все рассматриваемые выпрямители работают в режиме с индуктивной нагрузкой, обусловленной использованием дросселя постоянного тока со значительной величиной индуктивности.

На рис. 2 приведена электрическая схема силовой части преобразователя частоты с полностью управляемым выпрямителем и тиристорно-конденсаторным выключателем УПВ. Устройство принудительного выключения выпрямителя выполнено в виде мостовой схемы тиристорно-конденсаторного выключателя [2].

В мостовой схеме УПВ противоположные плечи образованы резисторами R3, R4 и конденсаторами устройства защиты C1, C2. Мост подключен параллельно выпрямителю VS1-VS6 и встречному диоду инвертора VD7, в диагонали моста включен тиристор устройства защиты VS7. УПВ снабжено вспомогательным выпрямителем подзаряда на диодах VD1-VD6, подключенным через токоограничивающие резисторы R1, R2 параллельно мостовой схеме тиристорно-конденсаторного выключателя, силовому выпрямителю VS1-VS6 и автономному инвертору с дросселем постоянного тока и встречным диодом.

При внутренних или внешних коротких замыканиях в ТПЧ с его датчиков поступает сигнал в БУЗ на снятие управляющих импульсов с тиристоров выпрямителя VS1-VS6 и включение защитного тиристора VS7.

Допустим, в момент аварийной ситуации, возникшей в инверторе, проводили ток тиристоры силового выпрямителя VS4 и VS5. При включении защитного тиристора VS7 конденсаторы С1, С2 (предварительно заряженные от моста VD1-VD6 через резисторы R1-R4) начинают разряжаться по цепи: C2-VS5-сеть-VS4-C1-VS7-C2. Токи разряда конденсаторов С1, С2 направлены встречно аварийному току выпрямителя VS1-VS6, поэтому они выключаются, отсекая тем самым питающую сеть от места повреждения в инверторе. По мере перезаряда конденсаторов С1, С2 ток спадает и после перехода его через нуль защитный тиристор VS7 выключается. Основное назначение диода VD7 заключается в замыкании цепи тока входных дросселей LD автономного инвертора после отключения силового выпрямителя VS1-VS6.

Как видно из описания работы тиристорно-конденсаторного выключателя, токи разряда и перезаряда конденсаторов защиты С1, С2 протекают, минуя вспомогательный выпрямитель VD1-VD6. Он выполняет одну функцию — перед пуском ТПЧ обеспечить заряд защитных конденсаторов С1, С2 через резисторы R1-R4, а поэтому при проектировании тиристорно-конденсаторного выключателя диоды вспомогательного выпрямителя могут быть применены на небольшой ток.

На рис. 3 приведена электрическая схема тиристорного преобразователя с конденсаторным выключателем для катодной группы тиристоров выпрямителя.

При подаче силового питания 3×50 Гц, 380 В на вход выпрямителя VS1-VS6 начинается заряд конденсатора С1 по цепи через выпрямитель подзаряда VD1-VD6. Таким образом, перед включением преобразователя конденсатор С1 заряжен, и защита готова к работе. Затем подаются импульсы управления на включение тиристоров выпрямителя VS1-VS6, далее — импульсы управления на включение тиристоров автономного инвертора, с включением которых заканчивается процесс пуска преобразователя.

При внутренних или внешних коротких замыканиях с датчиков защиты поступает сигнал в БУЗ, который снимает импульсы управления с тиристоров выпрямителя VS1-VS6 и подает импульсы управления на включение тиристора VS7. Пусть в момент аварийной ситуации работали тиристоры VS4, VS5 выпрямителя VS1-VS6. В результате включения тиристора VS7 начинается разряд конденсатора С1 по цепи: d-VS5-VD5-VS7-d. Так как ток разряда конденсатора С1 направлен встречно аварийному току, то тиристор VS5 выпрямителя выключается, прекращая работу выпрямителя VS1-VS6, отделяя тем самым питающую сеть от короткозамкнутых элементов. Отключение катодной группы силового выпрямителя обеспечивает прерывание входного тока ТПЧ в аварийном режиме.

На рис. 4 приведена силовая схема ТПЧ с тиристорно-конденсаторным выключателем катодной и анодной группы управляемого выпрямителя, защитные конденсаторы которого могут разряжаться поочередно или одновременно [2, 4]. Конденсаторы защиты разряжаются одновременно, если в схеме отсутствуют датчики напряжения W1 и W2, и поочередно — в случае наличия датчиков.

При подаче силового питания 3×50 Гц, 380 В на вход выпрямителя VS1-VS6 начинается заряд конденсатора С1 и С2 по цепи через выпрямитель подзаряда VD1-VD6. Таким образом, перед включением преобразователя конденсаторы С1, С2 заряжаются, подготавливая защиту к работе. Затем подаются импульсы управления на включение тиристоров выпрямителя VS1-VS6, а далее — импульсы управления на включение тиристоров автономного инвертора, на этом заканчивается процесс включения преобразователя.

Рассмотрим рис. 4 с конденсаторным выключателем, защитные конденсаторы которого разряжаются поочередно. При подаче силового питания на вход выпрямителя VS1-VS6 начинается заряд конденсатора С1 по цепи выпрямителя подзаряда и конденсатора С2 по аналогичной цепи. Таким образом, перед включением преобразователя конденсаторы С1, С2 заряжаются и готовы к работе аварийной защиты. Далее подаются импульсы управления на включение тиристоров выпрямителя VS1-VS6, а затем — импульсы управления на включение тиристоров автономного инвертора, с включением которых заканчивается процесс включения преобразователя.

При внутренних или внешних коротких замыканиях с датчиков защиты поступает сигнал в БУЗ, который снимает импульсы управления с тиристоров выпрямителя VS1-VS6 и подает импульсы управления на включение тиристора VS7. Пусть в момент аварийной ситуации работали тиристоры VS4, VS5 выпрямителя VS1-VS6. Тиристор VS7, включаясь, образует цепь разряда конденсатора С1: d-VS5-VD5-VS7-d. При выключении тиристора VS5 катодной группы выпрямителя VS1-VS6 напряжение на конденсаторе С1 приближается к нулю. Датчик напряжения TV1 включает в БУЗе канал управления тиристором VS8, который образует цепь разряда конденсатора С2 (С2-VS8-VD4-VS4-С2). Ток разряда С2 выключает тиристор VS4 анодной группы выпрямителя VS1-VS6. Таким образом, поочередно выключаясь, тиристоры анодной и катодной групп выпрямителя VS1-VS6 отключают его, отделяя тем самым питающую сеть от короткозамкнутых элементов. При этом напряжение на выходе выпрямителя при срабатывании защиты не превышает двойной величины выпрямленного напряжения силового выпрямителя VS1-VS6, тогда как при одновременном разряде двух конденсаторов С1, С2 при срабатывании защиты напряжение на выходе выпрямителя достигает трехкратной величины относительно номинального напряжения.

На рис. 5 приведена электрическая схема ТПЧ с тиристорно-конденсаторным выключателем анодной группы тиристоров, в которой выпрямитель выполнен по трехфазной мостовой схеме Ларионова, катодная группа полупроводниковых приборов которого образована диодами VD1-VD3, а анодная — тиристорами VS1-VS3 [5]. Цепь подзаряда конденсатора С1 конденсаторного выключателя составлена катодной группой диодов VD1-VD3 силового выпрямителя и дополнительной группой диодов VD4-VD6, которые совместно образуют выпрямитель подзаряда VD1-VD6.

При подаче силового питания на вход выпрямителя VD1-VD3, VS1-VS3 начинается заряд конденсатора С1 по цепи: выпрямитель подзаряда VD1-VD6-R2-d-R1-выпрямитель подзаряда VD1-VD6. Таким образом, перед включением преобразователя конденсатор С1 заряжен, то есть система готова к работе. Далее подаются импульсы управления на включение тиристоров VS1-VS3 силового выпрямителя, а затем — импульсы управления на включение тиристоров автономного инвертора, чем и заканчивается процесс включения преобразователя.

При внутренних или внешних коротких замыканиях с датчиков защиты поступает сигнал в БУЗ, который снимает импульсы управления с тиристоров выпрямителя VS1-VS3 и подает импульсы управления на включение тиристора VS4. Пусть в момент аварийной ситуации работали диод VD3 и тиристор VS2 силового выпрямителя. Тиристор VS4, включаясь, образует цепь разряда конденсатора С1: d-VS4-VD5-VS2-d. Так как ток разряда конденсатора С1 направлен встречно аварийному току, то тиристор VS2 выключается, выключая выпрямитель VD1-VD3, VS1-VS3, отделяя тем самым питающую сеть от короткозамкнутых элементов.

Таким образом, из рассмотрения работы электрических схем тиристорных выпрямителей видно, что тиристоры выпрямителя могут быть заменены мостовой схемой Ларионова на неуправляемых диодах, с одним последовательным тиристором в цепи постоянного тока и конденсаторным выключателем. В этом случае при подаче силового питания на вход силового выпрямителя начинается зарядка конденсатора защиты по цепи силового выпрямителя. Если перед включением преобразователя конденсатор защиты заряжен, то защита готова к работе. При внутренних или внешних коротких замыканиях с датчиков защиты поступает сигнал в БУЗ, который снимает импульсы управления с проходного тиристора и подает импульсы управления на включение защитного тиристора защиты. Этот тиристор, включаясь, образует цепь разряда конденсатора защиты навстречу основному току выпрямителя. Так как ток разряда конденсатора защиты направлен встречно аварийному току, то тиристор в цепи постоянного тока выпрямителя выключается, отделяя тем самым питающую сеть от короткозамкнутьгх элементов. Описанная схема объединяет все рассмотренные схемы тиристорных выпрямителей ТПЧ, что дает основание представить их одной эквивалентной схемой замещения для исследования электромагнитных процессов при включении аварийной защиты ТПЧ.

Анализ электромагнитных процессов в схемотехнической модели ТКВ

На рис. 6 приведена схемотехническая модель рассмотренного варианта устройства принудительного выключения управляемого выпрямителя для индукционных установок высокочастотного нагрева металлов. Эквивалентные схемы замещения рассмотренных выше устройств для принудительного выключения тиристорных выпрямителей отличаются только цепями протекания обратного, выключающего тока через тиристоры управляемого выпрямителя.

В схемотехнической модели тиристоры VS1 и VS2 представляются макромоделью на языке PSpice кремниевого управляемого вентиля (SCR), условное графическое изображение которой показано на рис. 6. Макромодель VS и модель диода Д1 представляется списком параметров моделей из обширной библиотеки [14]. Импульсное управление тиристорами выпрямителя осуществляется одинаковыми генераторами импульсных сигналов (S1 и S2), частотой 5 кГц, амплитудой 20 В и длительностью 20 мкс. Модели временных реле (T, 0m, 4m и T, 4m, 8m) осуществляют последовательное переключение тиристоров схемотехнической модели в момент времени включения тиристорно-конденсаторного выключателя. V1 — модель источника выпрямленного напряжения питающей сети в виде идеального источника напряжения.

Автономный инвертор в схемотехнической модели представлен индуктивно-активной нагрузкой выпрямителя с дросселем постоянного тока и эквивалентным сопротивлением (R1), определяющим ток нагрузки выпрямителя и постоянную времени его затухания. Остальные компоненты схемотехнической модели ТКВ соответствуют элементам схемы принудительного выключения. Цветные маски функциональных узлов схемотехнической модели (выпрямитель — оранжевая, ТКВ — красная, нагрузка — желтая) защищают ее от непреднамеренных изменений установленных параметров. В режиме расчета переходных процессов программа моделирования позволяет изменять параметры компонентов с заданным шагом. Далее приведены временные диаграммы, полученные при исследовании схемотехнической модели ТКВ. Изменяются эквивалентные параметры автономного инвертора L2 и R1 в пределах, характерных для использования управляемого выпрямителя в ТПЧ мощностью 20-250 кВт.

На рис. 7 приведена временная диаграмма напряжения на резисторе R6, отражающая изменение напряжения на проходном тиристоре VS1 тиристорно-конденсаторного выключателя при изменении активного сопротивления нагрузки R1 автономного инвертора. График показывает изменение времени восстановления управляемости тиристора при изменении сопротивления R1 от 2 до 5 Ом. Это основной параметр конденсаторного выключателя, характеризующий необходимую емкость конденсатора защиты для надежного отключения выпрямителя от нагрузки. Искомый параметр является функцией С = C(R1, L2, t_откл, U_d).

На рис. 8 вверху показано семейство графиков времени выключения тиристора выпрямителя при изменении индуктивности автономного инвертора. Данное семейство располагается в интересующей нас области обратной полярности напряжения на тиристоре достаточно плотно и показывает, что изменение индуктивности дросселя постоянного тока практически не влияет на время выключения тиристора защиты, поэтому его можно не учитывать. Такой практически важный вывод затруднительно получить другими методами исследования, кроме схемотехнического моделирования, представляющего результат, зависящий от многих переменных, каждая из которых влияет в малой степени. При проектировании ТПЧ, различных по частоте и мощности, индуктивность дросселя постоянного тока автономного инвертора также различна: небольшая у ТПЧ повышенной частоты (1,5-2,5 мГн, свыше 10 кГц) и больше (3-4 мГн) у низкочастотных (1-8 кГц) ТПЧ. Следовательно, при проектировании рассматриваемых УПВ для ТПЧ различной частоты индуктивность дросселя постоянного тока также можно не принимать во внимание.

Для снижения габаритов и стоимости системы аварийной защиты необходимо применять тиристоры с собственным временем восстановления управляемости не более 60 мкс. Критерием надежности системы защиты можно считать кратность превышения паспортного времени восстановления управляемости тиристора защиты.

На верхней диаграмме рис. 8 показаны мгновенные значения напряжений на тиристоре выпрямителя и величина падения напряжения на нем в открытом состоянии при
импульсном управлении и прямом токе величиной 100 А, равная 1,186 В. На нижнем графике рис. 8 кривая напряжения на тиристоре ТКВ показывает зависимость включения этого
тиристора от начального напряжения 345 В на конденсаторе при резисторах защиты R1 = R3 = 10 Ом. Величина прямого падения напряжения на включенном тиристоре равна 1,193 В и
он остается включенным, пока на него подаются импульсы управления от БУЗ.

На рис. 9 приведены временные графики затухания тока в индуктивности дросселя (вверху) и тока диода (внизу) автономного инвертора при отключении выпрямителя тиристорно-конденсаторным выключателем. Верхний график показывает незначительное увеличение тока дросселя в момент включения конденсаторной защиты, а совмещенный с верхним по времени нижний график показывает момент включения обратного диода, после которого ток в дросселе и нагрузке затухает в течение нескольких миллисекунд. Рассмотренные процессы протекают независимо от электромагнитных процессов в контуре тиристорно-конденсаторного выключателя, который отделяется включенным диодом, выполняющим функции бесконтактного короткозамыкателя.

На рис. 10 приведены временные графики тока выпрямителя для момента обрыва обратного тока управляемого тиристора при выключении его тиристорно-конденсаторной защитой. Слева внизу показаны исходные кривые постоянного тока выпрямителя, полученные при изменении эквивалентного сопротивления нагрузки автономного инвертора. Графики иллюстрируют возможности моделирования достаточно сложных процессов в полупроводниковых компонентах схемотехнической PSpice-модели и высокую точность моделирования. В частности, показанный на рис. 10 процесс обрыва обратного тока тиристора амплитудой 56 А, длительностью 2,7 мкс, обычно определяющий амплитуду коммутационных перенапряжений, не приводит к их появлению в этой схемотехнической модели. Это объясняется отсутствием в контуре коммутации сосредоточенных ин-дуктивностей, которые всегда присутствуют в реальных силовых схемах. В эквивалентной схеме не присутствуют паразитные, распределенные индуктивности, а отключаемый тиристор VS1 блокирован идеализированным источником ЭДС и конденсаторами защиты через включенный тиристор ТКВ.

Мы привели некоторые результаты исследования схемотехнической модели в демонстрационной версии программы Micro-CAP. Вывод о том, что модель, тем не менее, верно отражает характер протекающих электромагнитных процессов, сделан на основе многолетнего использования программы и по результатам испытаний промышленных ТПЧ, в которых использовались приведенные технические решения. Аналитические расчеты, распространенные ранее, не давали возможности быстро и точно получить необходимые результаты. Проектирование параметров ТКВ возможно осуществить, моделируя схему аварийной защиты без упрощений, но для этого необходима профессиональная версия программы Micro-CAP, не имеющая ограничений на количество использованных компонентов, описанных на языке PSpix [15]. PSpicе-моделирование в демо-версии этой программы позволяет определить требуемые параметры силовых тиристоров для использования в устройствах бесконтактной защиты и выявить диапазон ее надежной работы.

Особенности проектирования системы бесконтактной защиты ТПЧ

Защита современных ТПЧ сегодня не может быть полностью выполнена на контактных элементах, хотя их защитные характеристики постоянно совершенствуются и еще не достигли предельных величин. Применение бесконтактного быстродействующего тиристорно-конденсаторного выключателя решает задачу повышения быстродействия защиты эффективным способом, но требует согласования защитных характеристик (селективности защиты) всех устройств, обеспечивающих повышение надежности ТПЧ. Так, например, срабатывание многочисленных блокировок, при которых требуется отключение ТПЧ, не требует применения аварийной защиты. В то же время повреждение силовых полупроводниковых элементов ТПЧ, независимо от причины, должно немедленно приводить в действие аварийную быстродействующую защиту, которая должна быть готовой к действию. При проектировании защиты не нужно считать, что если она сложнее и учитывается больше причинно-следственных связей, тем она эффективней. Нами эмпирически выяснено, что надежность системы защиты достаточна, если количество отказов в ней на порядок меньше отказов ТПЧ за одинаковый календарный период. Иначе технико-экономическая эффективность расходов на обеспечение защиты не будет достаточной.

Далее рассмотрим некоторые технические аспекты проектирования ТПЧ и системы его бесконтактной защиты [16, 17]. Выпрямитель ТПЧ обычно выполняется по схеме Ларионова.

Эта схема лучше других использует установленную мощность трехфазной сети питания переменного тока, а заземление нейтрали обеспечивает симметрирование напряжений шин постоянного тока выпрямителя относительно «земли». Это является хорошим диагностическим признаком для датчиков замыканий силовых элементов ТПЧ на «землю».

Каждый силовой диод выпрямителя проводит ток один раз за период сетевого напряжения, когда к нему прикладывается максимальное положительное либо отрицательное мгновенное значение напряжения. Однако в течение одного периода входного напряжения 50Гц на выходе выпрямителя имеет место шесть периодов прохождения тока через диоды. Таким образом, на выходе этого выпрямителя получаем пульсирующее напряжение постоянного тока с частотой пульсаций 300 Гц и действующим значением напряжения 510 В, которое мало отличается от средней величины.

При замыкании силовых контактов выключателя и контакторов на выходе выпрямителя появляется постоянное напряжение, которое заряжает конденсатор защиты. После подачи импульсов тока управления включается проходной тиристор конденсаторного выключателя. Проходной тиристор выполняет функции бесконтактного ключа между выпрямителем и автономным инвертором ТПЧ, а тиристор защиты служит для выключения инвертора посредством конденсатора защиты.

В случае возникновения аварийных ситуаций на управляющий электрод тиристора защиты поступает импульс управления, одновременно импульсы управления снимаются с проходного тиристора. Тиристор защиты включается, и в результате перезаряда конденсатора защиты прямой ток в проходном тиристоре обрывается и он выключается. Восстановление управляемости тиристора происходит до момента полного разряда конденсатора. При наличии тока во входной цепи инвертора происходит перезаряд конденсатора защиты до напряжения обратной полярности, после чего входной ток инвертора переходит в цепь обратного диода, уменьшаясь до нуля. Обратный диод выпрямителя обеспечивает непрерывное протекание тока дросселя инвертора при отключении выпрямителя быстродействующей защитой.

В различных схемах ТКВ используется различное число конденсаторов защиты, но для того, чтобы сравнивать возможные варианты по эффективности, эквивалентная емкость конденсаторов в цепи перезаряда защиты должна быть одинакова [18]. Для отключения тиристорного преобразователя в аварийных режимах конденсатор защиты должен быть заряжен до уровня, обеспечивающего гарантированное прерывание тока инвертора. Этот уровень определяется на втором этапе схемотехнического моделирования, когда в модели устанавливаются необходимые параметры тиристоров.

Датчик конденсатора защиты (ДКЗ) регистрирует величину заряда конденсатора. Он формирует сигнал пуска при достижении необходимого уровня напряжения на конденсаторе и подает сигнал остановки при уровне заряда конденсатора защиты меньше номинального. Датчик контроля заряда конденсатора — электромагнитное реле, шунтированное стабилитроном, с нормально разомкнутым контактом. Обмотка реле подключается к выводам конденсатора защиты через токоо-граничивающие резисторы.

В заключение для конкретизации полученных результатов укажем тип и номинальные величины полупроводниковых компонентов, использованных при проектировании источника питания и ТКВ, для наиболее распространенных ТПЧ мощностью до 250 кВт. В составе блока выпрямителя, применяются следующие элементы: тиристоры Т143-500-13, ТУ16-729.221-79, диоды Д151-400-13, ТУ16-729.104-81, проходной тиристор типа ТБИ 343-63013, ТУ16-99 ИЕАЛ 432000.040ТУ; обратный диод выпрямителя Д151-160-13-4, ТУ16-729.104-81. В тиристорно-конден-саторном выключателе ТПЧ применяются: штыревой тиристор защиты ТБ171-200-12-433, ТУ16-729.230-79; варисторы СН2-2А-910±10% В, ОЖО.468.205ТУ; конденсатор защиты МБГВ-1000В-200 мкФ,
ОЖО.462.098ТУ.

Цепи демпфирующие, располагаемые непосредственно на плате выпрямителя, применяются для предохранения тиристоров выпрямителя и тиристора устройства защиты от перенапряжений, они ограничивают скорость нарастания напряжения и амплитуду коммутационных перенапряжений. Варисторы, включенные параллельно тиристорам защиты, ограничивают амплитуду неповторяющихся перенапряжений на выходе выпрямителя. Датчиком перенапряжений служит трансформатор, на его выходе, через однофазный выпрямитель, формируется сигнал варисторной защиты выпрямителя.

При работе автономного инвертора на все тиристоры выпрямителя одновременно подаются сигналы управления с частотой около 20 кГц и поэтому они находятся во включенном состоянии, без задержки тока при фазных коммутациях, обеспечивая на выходе выпрямленное напряжение. Тиристор защиты включается последовательностью импульсных сигналов напряжением 25 В, длительностью 20 мкс, частотой 20 кГц. Трансформаторы высокочастотные, расположенные непосредственно на плате выпрямителя, передают сигналы управления на тиристоры выпрямителя и тиристора защиты.

Заключение

1. Рассмотренные тиристорно-конденсаторные выключатели применяются в установках для индукционного нагрева металлов, если выпрямитель ТПЧ выполнен с использованием неполностью управляемых силовых тиристоров, а на входе автономного инвертора имеется дроссель постоянного тока.
2. Рассмотрение особенностей протекания тока в ТКВ позволило создать обобщенную схемотехническую модель отключения аварийного процесса в ТПЧ различной мощности и частоты, при этом питающая трехфазная сеть и выпрямитель представлены источником постоянного напряжения и одним управляемым тиристором, а автономный инвертор представлен эквивалентной индуктивно-активной нагрузкой.
3. PSpix -моделирование позволяет определить требуемые параметры силовых тиристоров выпрямителя и быстродействующего тиристора защиты для использования в устройствах бесконтактного отключения. При проектировании УПВ бесконтактной защиты изменение величины индуктивности дросселя постоянного тока автономного инвертора у ТПЧ различной мощности можно не принимать во внимание.

Литература

1. Глух Е. М., Зеленов В. Е. Защита полупроводниковых преобразователей. 2-е изд., пере-раб. и доп. М.: Энергоиздат. 1982 г.
2. А.с. № 907675 (СССР). Статический преобразователь с защитой / В. Э. Дель, Ф. Ш. Абсалямов, А. К. Белкин, В. Б. Миков, А. Н. Сухарев // Бюл. 1982. №7.
3. А.с. № 801176 (СССР). Устройство для защиты полупроводникового инвертора. / А.В. Иванов, П. С. Ройзман, А. М. Уржум-сков, Ю. М. Зинин // Бюл. 1981. №4.
4. А.с. № 1089695 (СССР). Устройство для защиты вентильного преобразователя / А. К. Белкин, Ю. В. Воробьев, Г. Е. Иванов, П. С. Ройзман // Бюл. 1984. №16.
5. А.с. № 1081763 (СССР). Преобразователь переменного напряжения в постоянное/ А. К. Белкин, Ю. В. Воробьев, Г. Е. Иванов, Н. П. Попов // Бюл. 1984. №16.
6. А.с. № 481964 (СССР). Устройство защиты источника питания. / С. М. Кацнельсон, Ю. М. Зинин, А. М. Иванов, А. М. Уржумсков, П. С. Ройзман // Бюл. 1975. №31.
7. А.с. № 513440 (СССР). Способ защиты трехфазного мостового тиристорного выпрямителя / Ю. М. Зинин, А. В. Иванов, В. А. Пацкевич, А. М Уржумсков // Бюл. 1976. №17.
8. Аитов И.Л. Защита тиристорного преобразователя частоты при аварийных режимах: Тиристорные преобразователи частоты для индукционного нагрева металлов. Уфа: 1972. Вып. 2.
9. Валиуллина З., Есаулов А., Егоров А., Зинин Ю. Особенности проектирования силовых выпрямителей в качестве источников постоянного тока для тиристорных преобразователей повышенной частоты. // Силовая электроника. 2008. №3.
10. Аитов И. Л., Кутдусов Ф. Х. Анализ аварийного процесса при срыве режима инвертирования в многомостовых резонансных инверторах с индуктивным входом // Электромеханика. Известия вузов. 1984. №5.
11. Зинин Ю. М., Васюра В. В., Дубов С. А. Устройство защиты трехфазного мостового тиристорного выпрямителя. Академия наук РБ. 1981. НТД № 81-5.
12. Шапиро С. В., Зинин Ю. М., Иванов А. В. Системы управления с тиристорными преобразователями частоты для электротехнологии. М.: Энергоатомиздат. 1989.
13. Зинин Ю., Шапиро С. Дифференциальные датчики систем аварийной защиты в тири-сторных преобразователях повышенной частоты для индукционного нагрева металлов // Силовая электроника. 2009. №5.
14. Разевиг В. Д. Система схемотехнического моделирования с помощью Micro-CAP V. М.: СОЛОН. 1997.
15. http://www.spectrum-soft.com/manual.shtm.
16. Белкин А. К., Гутин Л. И., Таназлы И. Н., Шуляк А. А. Элементы индукционных установок. М.: Энергоатомиздат. 2007.
17. Абсалямов Ф. Ш., Белкин А. К., Гутин Л. И., Закиров Р. А., Шуляк А. А. Индукционные установки. М.: Энергоатомиздат. 2009.
18. Зинин Ю. М., Терешкин В. М. Выявление критерия надежности системы бесконтактной защиты электроэнергетического оборудования. Межвуз. научн. сб. «Электротехнические комплексы и системы». Уфа: УГАТУ. 2001.

Работа трехфазного мостового выпрямителя: принцип, схемы, характеристики

Рассматриваемый выпрямитель (рис. 4.26) широко используется в устройствах большой мощности.

Опишем работу выпрямителя при подключении его к активной (рис. 4.26, а) и активноиндуктивной (рис. 4.26, б) нагрузке. Изучаемый выпрямитель подобен рассмотренному однофазному мостовому, но получает питание от трехфазного источника напряжения, содержит 6 тиристоров, представляет собой достаточно сложную систему и вследствие этого более труден для анализа.

Так как тиристоры Th Т2 и Т3 соединены катодами, принято говорить, что они составляют катодную группу тиристоров. Тиоисторы 74, Т5 и Г6, соединенные анодами, составляют анодную группу.

В однофазном мостовом выпрямителе каждый тиристор может проводить ток в паре с единственным тиристором и таких пар всего две. В трехфазном мостовом выпрямителе каждый тиристор может проводить ток в паре с одним из двух тиристоров противоположной группы. К примеру, тиристор Г, может проводить ток или в паре с тиристором Г5, или в паре с тиристором Г6. Вследствие этого имеется 6 пар тиристоров, совместно проводящих ток нагрузки.

Основная трудность при анализе выпрямителя состоит в том, чтобы определить, какая пара тиристоров находится во включенном состоянии или может в нем находиться (т. е. может быть включена импульсами управления). Подобные проблемы типичны для всех электронных устройств, содержащих нелинейные и, в частности, работающие в ключевом режиме элементы. При анализе таких устройств очень полезно выявить их характерные особенности, сужающие круг возможных сочетаний режимов работы элементов и упрощающие определение токов и напряжений.

Укажем такие особенности для рассматриваемой схемы.

— Не могут быть включены два тиристора одной группы (так как их проводящее состояние обеспечило бы протекание под действием соответствующего линейного напряжения очень большого обратного тока одного из тиристоров, что невозможно для исправного прибора).
— Если имеется пара включенных тиристоров, то напряжение ивых равно определенному линейному напряжению, причем возможны 6 вариантов:

Например, при включенных тиристорах Г, и Т5 ивых = = иаЬ а при включенных тиристорах Т4 и Т2 ивых = — иаЬ

Пусть в некоторый момент времени при включенной одной паре тиристоров ивых = и{ Тогда не может быть включена другая пара, для которой ивых = и2ии2< и{ (иначе это соответствовалооы включению тиристора, находящегося под обратным напряжением, что невозможно). Отсюда следует, что в рассматриваемой схеме исключено скачкообразное уменьшение напряжения ивых (ордината точки временной диаграммы напряжения ивых не может совершать скачки вниз). Но скачкообразное увеличение напряжения ивых вполне возможно.

Второе следствие этой особенности рассматриваемого выпрямителя состоит в том, что в случае, когда все тиристоры непрерывно получают импульсы управления (и таким образом выполняют функции диодов), в некоторый момент времени во включенном состоянии будет находиться та пара приборов, которая обеспечит наибольшее значение напряжения ивых (иначе, по крайней мере, на одном тиристоре этой пары создавалось бы существенное прямое напряжение).

Если тиристоры работают в режиме диодов (или если анализируется неуправляемый трехфазный мостовой выпрямитель, кратко рассмотренный выше), для выявления включенных в заданный момент времени приборов достаточно:

1. по временным диаграммам выбрать из трех (uab, иЬс, иса) одно линейное напряжение, имеющее максимальное по модулю значение;
2. выделить в трехфазной схеме однофазную мостовую, питающуюся выбранным напряжением;
3. определить два прибора (из четырех), которые открываются выбранным напряжением.

Пример использования алгоритма.

Работа выпрямителя на активную нагрузку при нулевом угле управления. В рассматриваемом случае тиристоры выполняют функции диодов (и результаты анализа применимы также к неуправляемому выпрямителю). Рассмотрим временные диаграммы (рис. 4.27), характеризующие работу схемы. Через Um обозначено амплитудное значение линейных напряжений uab, иЬс, иса (общим обозначением всех линейных напряжений является иЛ). Ось абсцисс разделена на отрезки, каждому из которых присвоен номер, обозначаемый через л.

На временной диаграмме напряжения ивых для каждого отрезка указано совпадающее с ним линейное напряжение, а на временной диаграмме тока ieblx — совпадающий с ним ток включенной пары тиристоров. Обратимся к отрезку с номером 1. На этом отрезке максимальным по модулю является напряжение иЬс

Однофазный выпрямитель, питающийся напряжением иЬс, образуют тиристоры Т2, Г3, Г5, Т6. Так как иЬс < О, открыты тиристоры Т4 и Т5 причем аналогично выполняется анализ для других отрезков.

Частота пульсаций (частота основной гармоники пульсаций) напряжения ивых в 6 раз больше частоты напряжения питающей сети, что сильно облегчает их фильтрацию. Приведем основные соотношения, характеризующие рассматриваемый режим. Среднее значение Ucp выходного напряжения:

где U — действующее значение линейного напряжения.

Регулировочная характеристика выпрямителя при работе на активную нагрузку

Угол управления а для каждого тиристора отсчитывается от момента включения соответствующего диода неуправляемого выпрямителя (по существу это справедливо и для рассмотренного однофазного мостового, и для других управляемых выпрямителей).
Как следует из последнего выражения, при а = 2л/3
Используя полученные выражения, изобразим регулировочную характеристику графически (рис. 4.28, сплошная линия).
Работа выпрямителя на активноиндуктивную нагрузку при угле управления я/3 рад (60 эл. град.) (рис. 4.29). При построении временных диаграмм предполагалось, что индуктивность LH достаточно велика и ток нагрузки практически постоянный. Регулировочная характеристика выпрямителя при работе на активно-индуктивную нагрузку.

Наличие индуктивности обеспечивает режим непрерывного тока.

Отсюда следует, что при а = л/2, Ucp = 0. Дадим графическое изображение регулировочной характеристики (рис. 4.28, пунктир).

ВЫПРЯМИТЕЛЬ УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ТИРИСТОРНЫЙ ВУВТ-8000/4000-В-УХЛ4

Общие сведения Выпрямитель ВУВТ-8000/4000-В-УХЛ4 предназначен для питания выпрямленным током и регулирования напряжения электроприводов, питания электротермического оборудования и других устройств. Структура условного обозначения ВУВТ-8000/4000-В-УХЛ4: В — выпрямитель; У — управляемый; В — высоковольтный; Т — тиристорный; 8000 — максимальная мощность на выходе, кВт; 4000 — максимальное напряжение на выходе, В; В — охлаждение водяное принудительное; УХЛ4 — климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543-70. Условия эксплуатации Для климатического исполнения УХЛ4 категории размещения 4: Максимальное значение температуры окружающей среды, °С — 40 Минимальное значение температуры окружающей среды, °С — 5 Выпрямитель остается работоспособным после воздействия предельной температуры, °С — от -50 до +50 Относительная влажность воздуха при температуре 30°С, % — 95 Высота над уровнем моря, м — до 1000 Выпрямитель обеспечивает сейсмостойкость 9 баллов (по 12-бальной шкале). Окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая пыли, агрессивных газов и паров. Возможность работы выпрямителя в условиях, отличных от вышеперечисленных, должна согласовываться с предприятием-разработчиком. Технические характеристики Максимальная выходная мощность, кВт — 8000 Максимальный выходной ток, А — 2200 Напряжение на входе, кВ — 3,15+0,35 К.П.Д. — 0,92 Диапазон изменения выходного напряжения от номинального значения, % — 0-100 Установившееся отклонение выходного напряжения от номинального значения при изменении выходного тока: от 10 до 100% номинального значения, %, не более — 3 Выпрямитель имеет регулируемую уставку выходного напряжения в пределах от 10 до 100% номинального значения выходного тока Охлаждение — водяное, принудительное Требование к теплоносителю (воде): электрическое сопротивление, Ом·м, не менее — 10 температура на входе, °С, не более — 40 давление на входе, кг·с/см2 (МПа) — 7+1 (0,7+0,1) расход теплоносителя, кг/с, не менее — 1,4 Вероятность безотказной работы для времени работы 30 мин, не менее — 0,999 Габаритные размеры, мм: шкафа тиристоров — 2000x2750x1100 стойки управления — 536x1816x630 Масса, кг, не более: шкафа тиристоров — 1500 стойки управления — 150 Конструкция и принцип действия Выпрямитель осуществляет преобразование трехфазного переменного тока частотой 50 Гц в постоянный и основан на свойстве тиристоров изменять в широких пределах значение выходного напряжения путем задержки момента включения тиристоров по отношению к началу положительной полуволны питающего напряжения. Основу силовой части устройства составляет трехфазный мостовой выпрямитель — ТМУВ (рис. 1). Рис. 1. Функциональная электрическая схема выпрямителя VT1-VT6 — тиристоры выпрямителя, СУ — система управления Функционирование выпрямителя обеспечивается системой управления СУ. Кроме того, СУ осуществляет включение, отключение, защиту выпрямителя. Каждое плечо выпрямителя пропускает ток только в интервале времени, когда потенциал его анода выше потенциала катода. При включении тиристоров плеч в момент перехода входного напряжения через нуль интервал выходного напряжения составит 120° эл., в этом случае нагрузка выпрямителя потребляет максимальную установленную мощность. Задержка включения тиристоров на некоторый угол (угол управления выпрямителя) относительно момента перехода входного напряжения через нуль приводит к уменьшению мощности, потребляемой нагрузкой выпрямителя. Регулирование угла от 0 до 120° эл. обеспечивает изменение мощности, потребляемой нагрузкой от максимального значения до 0. Система управления выпрямителем СУ предназначена для формирования импульсов управления тиристорами плеч выпрямителя. Регулятор угла выпрямителя сравнивает напряжение, поступающее с блока синхронизирующих трансформаторов БСТ, с напряжением уставки и выдает сигнал управления углом включения тиристоров. Фазосдвигающее устройство вырабатывает из синхронизирующих напряжений шестифазную последовательность импульсов, каждая из которых служит для управления включения соответствующего плеча выпрямителя. выхода фазосдвигающего устройства импульсы через устройство ограничения угла поступают на формирователь импульсов и далее на выходные каскады. Система управления имеет устройство автоподстройки напряжений, служащее для устранения несимметрии напряжений между фазами, которая может быть вызвана как несимметрией нагрузки потребителя, так и разбросом параметров элементов. Устройство автоподстройки напряжений сравнивает между собой попарно средние значения контрольных напряжений, пропорциональных соответствующим линейным напряжениям, и выдает в фазосдвигающее устройство сигналы для корректировки угла каждого плеча в отдельности. Выпрямитель выполнен в шкафу брызгозащищенного исполнения, закрытого с боковых сторон щитами, спереди и сзади — съемными крышками на четырех замках, отпираемых специальной ручкой. Предусмотрено двухстороннее обслуживание через съемные крышки, что обеспечивает удобство обслуживания, наладки и настройки. В шкафу в стеклотекстолитовых направляющих, обеспечивающих изоляцию силового монтажа относительно корпуса, установлены по шесть в ряду 24 панели тиристоров и панели трансформаторов. Каждая панель трансформаторов крепится четырьмя болтами, что обеспечивает возможность замены их при неисправности. В верхней части шкафа установлены насыщающиеся реакторы. В нижней части шкафа на панелях установлены делитель тока и блоки формирователей импульсов. Монтаж силовой электрической схемы шкафа выполнен медными шинами. Подвод напряжения от трехфазных силовых цепей осуществляется через проходные изоляторы типа ИП-10/2000-1250У1, установленные в верхней части шкафа. Съем мощности на нагрузку осуществляется снизу. Подключение цепей управления осуществляется также снизу. Соединение тиристорных охладителей и подключение их к напорному и сливному коллекторам выполнено шлангами из полипропиленовой трубки. Подключение коллекторов шкафа к магистрали системы охлаждения осуществляется снизу при помощи гибких рукавов. Для установки на фундамент в нижней раме шкафа предусмотрены амортизаторы типа АКСС-400М. Для обеспечения подъема шкафа предусмотрены рым-болты. Металлоконструкции шкафа выполнены из алюминия. Стойка управления СУ включает в себя все устройства системы управления, кроме мощных выходных каскадов. Габаритные, установочные и присоединительные размеры шкафа тиристоров выпрямителя и стойки управления представлены на рис. 2 и 3. Рис. 2. Габаритные и установочные размеры шкафа выпрямителя Рис. 3. Габаритные размеры стойки управления В комплект поставки входят: выпрямитель; стойка управления; одиночный комплект ЗИП; эксплуатационные документы согласно описи эксплуатационной документации. Центр комплектации «СпецТехноРесурс» Все права защищены.

Однофазные и трехфазные выпрямители | Electric-Blogger.ru

2018-02-15 Теория  

Продолжаем тему полупроводниковых выпрямителей. В прошлый раз были рассмотрены основные схемы однофазных и трехфазных полупроводниковых выпрямителей на основе диодов. Такие схемы можно рассматривать как нерегулируемые по току и напряжению. Но как я уже упоминал в конце прошлой статьи, помимо этого часто встречаются выпрямители на основе управляемых полупроводниковых приборов. О них и пойдет речь.

Конечно если говорить совсем точно, то регулирование в схемах на основе диодов также возможно. Для этого применяются либо ЛАТР, включенный в цепь переменного тока, либо реостаты в цепи выпрямленного тока. Но такие способы регулировки имеют существенные недостатки, в первую очередь низкий КПД, а также громоздкость такой схемы. Управляемые схемы на основе тиристоров или симисторов лишены таких недостатков.

Рассмотрим схему простого управляемого двухполупериодного выпрямителя. Как видно на рисунке, схема очень напоминает схему диодного двухполупериодного выпрямителя, единственное отличие в том, что вместо двух диодов в схему были добавлены два тиристора.

Момент открытия тиристоров совпадает с началом положительной полуволны напряжения U2, и ток в нагрузке будет протекать в течении всего полупериода. Тиристоры открываются только при подаче на них управляющего импульса. Если смотреть на диаграмму, то видно, что начало действия управляющего импульса Iy сдвинуто по времени на Ty относительно начала периода напряжения Uy и ток в нагрузке существует в течении времени T/2 — Ty. Следовательно, уменьшается и среднее значение тока Ioa по сравнению со средним значением тока при включении тиристора в начале периода при t=0.

Время подачи управляющего сигнала устанавливает подачу на управляющий электрод тиристора положительного управляющего импульса. Если угол управления равен нулю (a=0), то среднее значение напряжения на нагрузке (Uo) и тока (Io) будут максимальными. При увеличении времени подачи сигнала напряжение и ток будут уменьшаться.

В случае когда время подачи управляющего сигнала достигнет своего максимума a=180, напряжение и ток в нагрузке станут равными нулю. Зависимость значения напряжения и тока от времени подачи управляющего сигнала называют регулировочной характеристикой управляемого выпрямителя. Таким образом, меняя момент подачи управляющего импульса, можно автоматически регулировать средние значения тока и напряжения на нагрузке.

Так работает однофазный двухполупериодный выпрямитель. По аналогии с этой схемой работают и трехфазные выпрямители, применяемые для питания постоянным током мощных производственных установок.

Стоит отметить, что помимо тиристорных и симисторных выпрямителей, не отличающихся особой надежностью, применяются схемы с использованием IGBT транзисторов.

В такой схеме используются модули, состоящие из IGBT транзисторов и диода, включенного встречно-параллельно, который выполняет функцию защиты от обратного напряжения. IGBT работают попарно, так же как вентили в схеме неуправляемых выпрямителей.

%d1%83%d0%bf%d1%80%d0%b0%d0%b2%d0%bb%d1%8f%d0%b5%d0%bc%d1%8b%d0%b9%20%d0%b2%d1%8b%d0%bf%d1%80%d1%8f%d0%bc%d0%b8%d1%82%d0%b5%d0%bb%d1%8c — с русского на все языки

Все языкиАбхазскийАдыгейскийАфрикаансАйнский языкАканАлтайскийАрагонскийАрабскийАстурийскийАймараАзербайджанскийБашкирскийБагобоБелорусскийБолгарскийТибетскийБурятскийКаталанскийЧеченскийШорскийЧерокиШайенскогоКриЧешскийКрымскотатарскийЦерковнославянский (Старославянский)ЧувашскийВаллийскийДатскийНемецкийДолганскийГреческийАнглийскийЭсперантоИспанскийЭстонскийБаскскийЭвенкийскийПерсидскийФинскийФарерскийФранцузскийИрландскийГэльскийГуараниКлингонскийЭльзасскийИвритХиндиХорватскийВерхнелужицкийГаитянскийВенгерскийАрмянскийИндонезийскийИнупиакИнгушскийИсландскийИтальянскийЯпонскийГрузинскийКарачаевскийЧеркесскийКазахскийКхмерскийКорейскийКумыкскийКурдскийКомиКиргизскийЛатинскийЛюксембургскийСефардскийЛингалаЛитовскийЛатышскийМаньчжурскийМикенскийМокшанскийМаориМарийскийМакедонскийКомиМонгольскийМалайскийМайяЭрзянскийНидерландскийНорвежскийНауатльОрокскийНогайскийОсетинскийОсманскийПенджабскийПалиПольскийПапьяментоДревнерусский языкПортугальскийКечуаКвеньяРумынский, МолдавскийАрумынскийРусскийСанскритСеверносаамскийЯкутскийСловацкийСловенскийАлбанскийСербскийШведскийСуахилиШумерскийСилезскийТофаларскийТаджикскийТайскийТуркменскийТагальскийТурецкийТатарскийТувинскийТвиУдмурдскийУйгурскийУкраинскийУрдуУрумскийУзбекскийВьетнамскийВепсскийВарайскийЮпийскийИдишЙорубаКитайский

 

Все языкиАнглийскийНемецкийНорвежскийКитайскийИвритФранцузскийУкраинскийИтальянскийПортугальскийВенгерскийТурецкийПольскийДатскийЛатинскийИспанскийСловенскийГреческийЛатышскийФинскийПерсидскийНидерландскийШведскийЯпонскийЭстонскийТаджикскийАрабскийКазахскийТатарскийЧеченскийКарачаевскийСловацкийБелорусскийЧешскийАрмянскийАзербайджанскийУзбекскийШорскийРусскийЭсперантоКрымскотатарскийСуахилиЛитовскийТайскийОсетинскийАдыгейскийЯкутскийАйнский языкЦерковнославянский (Старославянский)ИсландскийИндонезийскийАварскийМонгольскийИдишИнгушскийЭрзянскийКорейскийИжорскийМарийскийМокшанскийУдмурдскийВодскийВепсскийАлтайскийЧувашскийКумыкскийТуркменскийУйгурскийУрумскийЭвенкийскийБашкирскийБаскский

принцип работы, типы и схемы

Выпрямитель преобразует колеблющийся синусоидальный источник переменного напряжения в источник постоянного напряжения постоянного тока с помощью диодов, тиристоров, транзисторов или преобразователей. Этот процесс выпрямления может принимать различные формы с полуволновыми, двухполупериодными, неконтролируемыми и полностью управляемыми выпрямителями, преобразующими однофазный или трехфазный источник питания в постоянный уровень постоянного тока. В этом уроке мы рассмотрим однофазное выпрямление и все его формы.

Описание

Выпрямители являются одним из основных строительных блоков преобразования мощности переменного тока с полуволновым или двухволновым выпрямлением, обычно выполняемым полупроводниковыми диодами. Диоды позволяют переменным токам течь через них в прямом направлении, в то же время блокируя протекание тока в обратном направлении, создавая постоянный уровень напряжения постоянного тока, что делает их идеальными для выпрямления.

Однако постоянный ток, который выпрямляется диодами, не такой чистый, как ток, получаемый, скажем, от источника батареи, но имеет изменения напряжения в виде пульсаций, наложенных на него в результате переменного питания.

Но для однофазного выпрямления нам нужна синусоидальная форма переменного тока с фиксированным напряжением и частотой, как показано на рисунке.

Сигналы переменного тока обычно имеют два числа, связанных с ними. Первое число выражает степень вращения осциллограммы вдоль оси x, на которую генератор вращался от 0 до 360 ^o . Это значение известно как период (T), который определяется как интервал, взятый для завершения одного полного цикла сигнала. Периоды измеряются в градусах, времени или радианах. Соотношение между периодами синусоидальных волн и частотой определяется как: T = 1 / ƒ .

Второе число указывает амплитуду значения, тока или напряжения, вдоль оси y. Это число дает мгновенное значение от нуля до некоторого пикового или максимального значения (A _MAX , V _MAX или I _MAX  ), указывающее наибольшую амплитуду синусоидальных волн, прежде чем снова вернуться к нулю. Для синусоидальной формы волны есть два максимальных или пиковых значения, одно для положительных и одно для отрицательных полупериодов.

Но помимо этих двух ценностей есть еще две, которые представляют интерес для нас в целях исправления. Один — это Среднее значение сигналов, а другой — его среднеквадратичное значение. Среднее значение формы сигнала получается путем добавления мгновенных значений напряжения (или тока) в течение одного полупериода и обнаруживаются как: 0,6365 * V _P . Обратите внимание, что среднее значение за один полный цикл симметричной синусоидальной волны равно нулю.

Среднеквадратическое значение или эффективное значение синусоиды (синусоида — это другое название синусоидальной волны) обеспечивает такое же количество энергии для сопротивления, что и источник постоянного тока того же значения. Среднеквадратическое значение (RMS) синусоидального напряжения (или тока) определяется следующим образом: 0,7071 * V _P.

Принцип работы

Все однофазные выпрямители используют полупроводниковые устройства в качестве основного устройства преобразования переменного тока в постоянный. Однофазные неконтролируемые полуволновые выпрямители являются наиболее простой и, возможно, наиболее широко используемой схемой выпрямления для малых уровней мощности, поскольку на их выход сильно влияет реактивное сопротивление подключенной нагрузки.

Для неконтролируемых выпрямительных цепей полупроводниковые диоды являются наиболее часто используемым устройством и расположены таким образом, чтобы создавать либо полуволновую, либо двухполупериодную схему выпрямителя. Преимущество использования диодов в качестве устройства выпрямления состоит в том, что по своей конструкции они являются однонаправленными устройствами, имеющими встроенный однонаправленный pn-переход.

Этот pn-переход преобразует двунаправленный переменный источник питания в однонаправленный ток, устраняя половину источника питания. В зависимости от подключения диода, он может, например, пропустить положительную половину сигнала переменного тока при прямом смещении, исключая при этом отрицательный полупериод, когда диод становится обратным смещением.

Обратное также верно, устраняя положительную половину или форму волны и передавая отрицательную половину. В любом случае, выход из одного диодного выпрямителя состоит только из одной половины формы сигнала 360 ^o, как показано на рисунке.

Полуволновое выпрямление

Приведенная выше конфигурация однофазного полуволнового выпрямителя пропускает положительную половину формы сигнала переменного тока, причем отрицательная половина исключается. Меняя направление диода, мы можем пропустить отрицательные половины и устранить положительные половины формы сигнала переменного тока. Поэтому на выходе будет серия положительных или отрицательных импульсов.

Таким образом, на подключенную нагрузку не подается напряжение или ток, R _L в течение половины каждого цикла. Другими словами, напряжение на сопротивлении нагрузки R _L состоит только из половины сигналов, либо положительных, либо отрицательных, поскольку оно работает только в течение половины входного цикла, отсюда и название полуволнового выпрямителя.

Надеемся, что мы видим, что диод позволяет току течь в одном направлении, создавая только выход, который состоит из полупериодов. Эта пульсирующая форма выходного сигнала не только изменяется ВКЛ и ВЫКЛ каждый цикл, но присутствует только в 50% случаев, и при чисто резистивной нагрузке это содержание пульсации высокого напряжения и тока является максимальным.

Этот пульсирующий постоянный ток означает, что эквивалентное значение постоянного тока падает на нагрузочном резисторе, поэтому R _L составляет только половину среднего значения синусоидальных сигналов. Поскольку максимальное значение синусоидальной формы сигнала равно 1 (sin (90 ^o )), среднее значение постоянного тока, полученное для половины синусоиды, определяется как: 0,637 x максимальное значение амплитуды.

Таким образом, во время положительного полупериода A _AVE составляет 0,637 * A _MAX . Однако, поскольку отрицательные полупериоды удалены из-за выпрямления диодом, среднее значение в течение этого периода будет нулевым, как показано.

Среднее значение синусоиды

Таким образом, для полуволнового выпрямителя в 50% случаев среднее значение составляет 0,637 * A _MAX, а в 50% случаев — ноль. Если максимальная амплитуда равна 1, среднее значение или эквивалент значения постоянного тока, видимый по сопротивлению нагрузки, R _L будет:

Таким образом, соответствующие выражения для среднего значения напряжения или тока для полуволнового выпрямителя задаются как:

V _AVE  = 0,318 * V _MAX

I _AVE  = 0,318 * I _MAX

Обратите внимание, что максимальное значение A _MAX — это значение входного сигнала, но мы также могли бы использовать его среднеквадратичное значение или среднеквадратичное значение, чтобы найти эквивалентное выходное значение постоянного тока однофазного полуволнового выпрямителя. Чтобы определить среднее напряжение для полуволнового выпрямителя, мы умножаем среднеквадратичное значение на 0,9 (форм-фактор) и делим произведение на 2, то есть умножаем его на 0,45, получая:

V _AVE  = 0,45 * V _RMS

I _AVE  = 0,45 * I _RMS

Затем мы можем видеть, что схема полуволнового выпрямителя преобразует либо положительные, либо отрицательные половины формы сигнала переменного тока в импульсный выход постоянного тока, который имеет значение 0,318 * A _MAX или 0,45 * A _RMS, как показано.

Полноволновое выпрямление

В отличие от предыдущего полуволнового выпрямителя, двухполупериодный выпрямитель использует обе половины входной синусоидальной формы волны для обеспечения однонаправленного выхода. Это происходит потому, что двухполупериодный выпрямитель в основном состоит из двух полуволновых выпрямителей, соединенных вместе для питания нагрузки.

Однофазный двухполупериодный выпрямитель делает это с помощью четырех диодов, расположенных в виде моста, пропускающих положительную половину формы волны, как и раньше, но инвертирующих отрицательную половину синусоидальной волны для создания пульсирующего выхода постоянного тока. Несмотря на то, что напряжение и ток на выходе выпрямителя пульсируют, оно не меняет направление, используя полные 100% формы входного сигнала и, таким образом, обеспечивает двухполупериодное выпрямление.

Однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель

Эта мостовая конфигурация диодов обеспечивает двухполупериодное выпрямление, потому что в любое время два из четырех диодов смещены в прямом направлении, а два других — в обратном. Таким образом, в проводящем тракте два диода вместо одного для полуволнового выпрямителя. Следовательно, будет разница в амплитуде напряжения между V _IN и V _OUT из-за двух прямых падений напряжения на последовательно соединенных диодах. Здесь, как и прежде, для простоты математики мы примем идеальные диоды.

Так как же работает однофазный двухполупериодный выпрямитель? Во время положительного полупериода V _IN диоды D ₁ и D ₄ смещены в прямом направлении, а диоды D ₂ и D ₃ — в обратном. Затем для положительного полупериода входного сигнала ток течет по пути: D ₁ — A — R _L — B — D ₄ и возвращается к источнику питания.

Во время отрицательного полупериода V _IN диоды D ₃ и D ₂ смещены в прямом направлении, а диоды D ₄ и D ₁ — в обратном. Затем для отрицательного полупериода входного сигнала ток течет по пути: D ₃ — A — R _L — B — D ₂ и возвращается к источнику питания.

В обоих случаях положительные и отрицательные полупериоды входного сигнала создают положительные выходные пики независимо от полярности входного сигнала и, как таковой, ток нагрузки I всегда течет в том же направлении через нагрузку, R _L между точками или узлами A и B. Таким образом, отрицательный полупериод источника становится положительным полупериодом при нагрузке.

Таким образом, в зависимости от того множества проводящих диодов, узел А всегда более положительный, чем узел B. Поэтому ток и напряжение нагрузки являются однонаправленными или постоянными, что дает нам следующую форму выходного сигнала.

Форма волны на выходе выпрямителя

Хотя этот пульсирующий выходной сигнал использует 100% входного сигнала, его среднее напряжение постоянного тока не совпадает с этим значением. Мы помним сверху, что среднее значение постоянного тока, полученное для половины синусоиды, определяется как: 0,637 x максимальное значение амплитуды. Однако, в отличие от описанного выше полуволнового выпрямления, двухполупериодные выпрямители имеют два положительных полупериода на входной сигнал, что дает нам другое среднее значение.

Среднее значение двухполупериодного выпрямителя

Здесь мы можем видеть, что для двухполупериодного выпрямителя для каждого положительного пика имеется среднее значение 0,637 * A _MAX, и, поскольку на входной сигнал имеется два пика, это означает, что есть две серии средних значений, суммируемых вместе. Таким образом, выходное напряжение постоянного тока двухполупериодного выпрямителя в два раза выше, чем у предыдущего полуволнового выпрямителя. Если максимальная амплитуда равна 1, среднее значение или эквивалент значения постоянного тока, видимый по сопротивлению нагрузки, R _L будет:

Таким образом, соответствующие выражения для среднего значения напряжения или тока для двухполупериодного выпрямителя задаются как:

V _AVE  = 0,637 * V _MAX

I _AVE  = 0,637 * I _MAX

Как и прежде, максимальное значение A _MAX — это значение входного сигнала, но мы также могли бы использовать его среднеквадратичное значение, чтобы найти эквивалентное выходное значение постоянного тока однофазного двухполупериодного выпрямителя. Чтобы определить среднее напряжение для двухполупериодного выпрямителя, мы умножаем среднеквадратичное значение на 0,9:

V _AVE  = 0,9 * V _RMS

I _AVE  = 0,9 * I _RMS

Затем мы можем видеть, что двухполупериодная схема выпрямителя преобразует ОБЕ положительную или отрицательную половинки сигнала переменного тока в импульсный выход постоянного тока, который имеет значение 0,637 * A _MAX или 0,9 * A _RMS.

Полноволновой полууправляемый мостовой выпрямитель

Двухполупериодное выпрямление имеет много преимуществ по сравнению с более простым полуволновым выпрямителем, например, выходное напряжение более согласовано, имеет более высокое среднее выходное напряжение, входная частота удваивается в процессе выпрямления и требует меньшего значения емкости сглаживающего конденсатора, если таковой требуется. Но мы можем улучшить конструкцию мостового выпрямителя, используя тиристоры вместо диодов в его конструкции.

Заменив диоды внутри однофазного мостового выпрямителя тиристорами, мы можем создать фазо-управляемый выпрямитель переменного тока в постоянный для преобразования постоянного напряжения питания переменного тока в контролируемое выходное напряжение постоянного тока. Фазоуправляемые выпрямители, полууправляемые или полностью управляемые, имеют множество применений в источниках питания переменного тока и в управлении двигателями.

Однофазный мостовой выпрямитель — это то, что называется «неуправляемым выпрямителем» в том смысле, что приложенное входное напряжение передается непосредственно на выходные клеммы, обеспечивая фиксированное среднее значение эквивалентного значения постоянного тока. Чтобы преобразовать неуправляемый мостовой выпрямитель в однофазную полууправляемую выпрямительную цепь, нам просто нужно заменить два диода тиристорами (SCR), как показано на рисунке.

В конфигурации с полууправляемым выпрямителем среднее напряжение нагрузки постоянного тока контролируется с использованием двух тиристоров и двух диодов. Как мы узнали из нашего урока о тиристорах, тиристор будет проводить (состояние «ВКЛ») только тогда, когда его анод (A) более положительный, чем его катод (K) и импульс запуска подается на его затвор (G). В противном случае он остается неактивным.

Мы также узнали, что после включения тиристор снова выключается только после того, как его сигнал затвора удален, а ток анода упал ниже удерживающего тока тиристоров I _H, поскольку переменное напряжение питания переменного тока смещает его. Таким образом, задерживая импульс запуска, подаваемый на клемму затвора тиристоров, на контролируемый период времени или угол ( α ) после того, как напряжение питания переменного тока прошло пересечение нулевого напряжения между анодным и катодным напряжением, мы можем контролировать, когда тиристор начинает проводить ток и, следовательно, контролировать среднее выходное напряжение.

Во время положительного полупериода входного сигнала ток течет по пути: SCR ₁ и D ₂ и обратно к источнику питания. Во время отрицательного полупериода V _INпроводимость проходит через SCR ₂ и D ₁ и возвращается к источнику питания.

Понятно, что один тиристор из верхней группы ( SCR ₁ или SCR ₂ ) и соответствующий ему диод из нижней группы ( D ₂ или D ₁ ) должны проводить вместе, чтобы протекать ток любой нагрузки.

Таким образом, среднее выходное напряжение V _AVE зависит от угла включения α для двух тиристоров, включенных в полууправляемый выпрямитель, поскольку два диода неуправляются и пропускают ток всякий раз, когда смещено вперед. Таким образом, для любого угла срабатывания затвора α среднее выходное напряжение определяется как:

Обратите внимание, что максимальное среднее выходное напряжение возникает, когда α = 1, но все еще равно 0,637 * V _MAX, как для однофазного неуправляемого мостового выпрямителя.

Мы можем использовать эту идею для контроля среднего выходного напряжения моста на один шаг вперед, заменив все четыре диода тиристорами, что дает нам полностью управляемую схему мостового выпрямителя .

Полностью управляемый мостовой выпрямитель

Однофазные мостовые выпрямители с полным управлением известны чаще как преобразователи переменного тока в постоянный. Полностью управляемые мостовые преобразователи широко используются в управлении скоростью машин постоянного тока и легко достигаются путем замены всех четырех диодов мостового выпрямителя тиристорами, как показано на рисунке.

В конфигурации с полностью управляемым выпрямителем среднее напряжение нагрузки постоянного тока контролируется с использованием двух тиристоров на полупериод. Тиристоры SCR ₁ и SCR ₄ запускаются вместе как пара во время положительного полупериода, в то время как тиристоры SCR ₃ и SCR ₄ также запускаются вместе как пара во время отрицательного полупериода. Это 180 ^oпосле SCR ₁ и SCR ₄ .

Затем в режиме работы с непрерывной проводимостью четыре тиристора постоянно переключаются в виде чередующихся пар для поддержания среднего или эквивалентного выходного напряжения постоянного тока. Как и в случае полууправляемого выпрямителя, выходное напряжение можно полностью контролировать, изменяя угол задержки включения тиристоров ( α ).

Таким образом, выражение для среднего напряжения постоянного тока однофазного полностью управляемого выпрямителя в режиме непрерывной проводимости дается как:

со средним выходным напряжением, изменяющимся от V _MAX / π до -V _MAX / π путем изменения угла зажигания, α от π до 0 соответственно. Поэтому, когда α <90 ^o,среднее напряжение постоянного тока является положительным, а когда α> 90 ^oсреднее напряжение постоянного тока является отрицательным. То есть мощность течет от нагрузки постоянного тока к источнику переменного тока.

Резюме однофазного выпрямления

Мы увидели в этом уроке об однофазном выпрямлении, что однофазные выпрямители могут принимать различные формы для преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение из неконтролируемых однофазных выпрямителей на полуволнах в полностью управляемые двухполупериодные мостовые выпрямители с использованием четырех тиристоров.

Преимуществами полуволнового выпрямителя являются его простота и низкая стоимость, так как для него требуется только один диод. Однако это не очень эффективно, так как используется только половина входного сигнала, дающего низкое среднее выходное напряжение.

Двухполупериодный выпрямитель более эффективен, чем полуволновой выпрямитель, поскольку он использует оба полупериода входной синусоидальной волны, создавая более высокое среднее или эквивалентное выходное напряжение постоянного тока. Недостатком двухполупериодной мостовой схемы является то, что она требует четырех диодов.

Фазоуправляемое выпрямление использует комбинации диодов и тиристоров (SCR) для преобразования входного напряжения переменного тока в контролируемое выходное напряжение постоянного тока. Полностью контролируемые выпрямители используют четыре тиристора в своей конфигурации, тогда как наполовину управляемые выпрямители используют комбинацию как тиристоров, так и диодов.

Тогда независимо от того, как мы это делаем, преобразование синусоидального сигнала переменного тока в постоянный источник постоянного тока называется выпрямлением.

Что такое SCR (выпрямитель с кремниевым управлением), как он работает и различные типы SCR и пакеты

Термин SCR означает кремниевый управляемый выпрямитель, который является одним из наиболее важных членов семейства тиристоров . Он более популярен, чем другие тиристоры, такие как TRIAC, SCS, DIAC и т. Д., Поэтому некоторые люди даже используют слова Thyristor и SCR как синонимы. Так что в следующий раз, когда кто-то скажет просто «тиристор» в целом, они будут иметь в виду SCR.

Тиристоры

изготовлены из кремния и чаще всего используются для преобразования переменного тока в постоянный (выпрямление), отсюда и название Кремниевый управляемый выпрямитель . Они также используются в других приложениях, таких как регулирование мощности, инверсия и т. Д. SCR обладают способностью выдерживать высокие значения тока и напряжения, поэтому они используются в большинстве промышленных приложений.

Символ SCR

Символ SCR будет аналогичен символу диода, кроме того; он имеет терминал ворот, как показано ниже.SCR — это однонаправленное устройство, которое позволяет току течь в одном направлении и противодействовать ему в другом направлении. SCR имеет три контакта, а именно анод (A), катод (K) и затвор (G), он может быть включен или выключен, контролируя условия смещения или вход затвора.

Опять же, Символ тиристора и символ SCR совпадают. Теперь, когда мы знаем, как SCR / тиристор может быть представлен на принципиальной схеме, давайте рассмотрим конструкцию SCR Construction and Working , чтобы понять о ней больше.

Строительство SCR

SCR — это четырехслойное полупроводниковое устройство, которое формирует структуру NPNP или PNPN, которая в конечном итоге формирует три перехода J1, J2 и J3. Среди трех выводов SCR анод является положительным электродом, он будет на P-слое, а катод — отрицательным электродом, он будет на N-слое SCR, затвор действует как управляющий вывод SCR. Изображение SCR Construction показано ниже.

Внешние слои P и N, на которых размещены два электрода, будут сильно легированы, а средние слои P и N будут слабо легированы, вывод затвора будет соединен с P-слоем в середине. SCR изготавливаются трех различных типов: плоского типа, типа Mesa и типа пресс-пакета.

Как работает SCR

Чтобы понять принцип работы SCR , мы должны изучить различные способы его работы.В зависимости от полярности приложенного напряжения и импульса затвора, подаваемого на SCR, он может работать в трех различных режимах, таких как

• Режим прямой блокировки
• Режим прямой проводимости
• Обратный режим блокировки

Теперь давайте разберемся, как работает тиристор , посмотрев на каждый из рабочих режимов с его принципиальной схемой.

Режим прямой блокировки

В этом режиме работы положительное напряжение подается на анод, а отрицательное напряжение подается на катод, на затвор не будет подаваться импульс, он будет оставаться в открытом состоянии.После подачи напряжения переходы J1 и J3 будут смещены в прямом направлении, а переход J2 — в обратном. Поскольку J2 смещен в обратном направлении, ширина обедненной области увеличивается, и она действует как препятствие для проводимости, поэтому только небольшое количество тока будет течь от J1 к J3.

Когда напряжение, подаваемое на SCR, увеличивается и достигает значения напряжения пробоя SCR , переход J2 истощается из-за лавинного пробоя.Как только произойдет сбой Лавина , ток начнет течь через тиристор. В этом режиме работы тиристор смещен в прямом направлении, но никакого протекания тока не будет.

Режим прямой проводимости

Режим прямой проводимости — единственный режим, в котором SCR будет находиться во включенном состоянии и будет проводить. Мы можем сделать тиристор проводящим двумя способами: один — мы можем увеличить приложенное напряжение прямого смещения сверх напряжения пробоя , либо мы можем подать положительное напряжение на вывод затвора.

Когда мы увеличиваем приложенное прямое напряжение смещения между анодом и катодом, переход J2 будет истощен из-за лавинного пробоя, и SCR начнет проводить. Мы не можем сделать это для всех приложений, и этот метод активации SCR в конечном итоге уменьшит срок службы SCR .

Если вы хотите использовать тиристор для низковольтных приложений, вы можете подать положительное напряжение на затвор тиристора.Приложенное положительное напряжение поможет тиристору перейти в состояние проводимости. В этом режиме работы тиристор будет работать в прямом смещении, и через него будет протекать ток.

Обратный режим блокировки

В режиме обратной блокировки положительное напряжение подается на катод (-), а отрицательное напряжение подается на анод (+). На затвор не будет подаваться импульс, он будет сохранен как разомкнутая цепь. .В этом режиме работы переходы J1 и J3 будут смещены в обратном направлении, а переход J2 будет смещен в прямом направлении. Поскольку переходы J1 и J3 смещены в обратном направлении, через тиристор не будет протекать ток. Хотя будет протекать небольшой ток утечки из-за дрейфующих носителей заряда в прямом смещенном переходе J2, этого недостаточно для включения тринистора.

VI Характеристики SCR

Характеристики VI SCR получаются путем работы SCR в трех различных областях, а именно в области прямой блокировки, области прямой проводимости и области обратной блокировки

Когда SCR работает в режиме обратной блокировки , будет небольшой ток утечки, протекающий в обратном направлении SCR, который упоминается как обратный ток утечки на графике, обратный ток утечки будет расположен в отрицательном направлении. квадранты графа.

Теперь, если вы подадите положительное напряжение на анод и отрицательное напряжение на катод, SCR начнет работать в режиме прямой блокировки , и небольшой ток утечки будет проходить через SCR в положительном направлении, следовательно, кривая начинает подниматься до определенного значения. уровень в положительных квадрантах графика, который упоминается как прямой ток утечки.

Когда график достигает определенного уровня напряжения, называемого напряжением пробоя, или если ток затвора Ig прикладывается к SCR, SCR переходит в режим проводимости , и через SCR начинает течь большой ток.Ток представлен как прямая проводимость на кривой VI . Применяемый ток затвора обозначается как Ig1, Ig2 и Ig3, чем выше приложенный ток затвора, тем быстрее SCR переходит в состояние проводимости как Ig3> Ig2> Ig1.

Приложения SCR

От схем преобразователя до схем управления, тиристоры используются в широком диапазоне приложений. Невозможно обсудить все применения тиристора , но в основном они используются для управления током или напряжением на устройстве.Например, давайте рассмотрим пример, в котором SCR используются для управления скоростью двигателя.

На приведенной выше принципиальной схеме SCR показано устройство для управления скоростью двигателя постоянного тока с использованием SCR. Двигатель будет иметь две обмотки, а именно обмотку возбуждения и обмотку якоря . Управляя током, подаваемым на обмотку якоря, мы можем управлять скоростью двигателя постоянного тока. Обмотка якоря двигателя подключена к источнику переменного тока через трансформатор и два тиристора, соединенных параллельно друг другу.

Во время положительного полупериода питания переменного тока, , тиристор 1 смещен в прямом направлении и начинает проводить, если подан импульс затвора, ток в обмотке якоря будет протекать через тиристор 1. Точно так же во время отрицательного полупериода питания переменного тока SCR2 будет смещен в прямом направлении , а SCR1 будет смещен в обратном направлении, и, следовательно, SCR1 перейдет в состояние ВЫКЛ. Изменяя пусковой импульс, подаваемый на вентили соответствующих тиристоров, мы сможем управлять входом, подаваемым на двигатель постоянного тока, следовательно, он контролирует скорость двигателя.

Различные типы SCR и пакетов

Существует множество типов SCR в зависимости от технических характеристик и применения. Мы уже обсуждали популярные SCR, такие как BT151, 2P4M, TYN608 и т. Д. SCR доступны в различных пакетах, которые можно использовать для разных типов приложений. SCR доступны в следующих пакетах

Дискретный пластик: Дискретный пластиковый корпус — это широко известный тип тиристоров, которые имеют три контакта, прикрепленных к покрытому пластиком полупроводниковому материалу.Эти SCR имеют плоскую конструкцию и являются самым дешевым типом SCR по сравнению с другими блоками. Они доступны до 25A и 1000V приложений , их можно легко установить в цепи любого типа с большим количеством других компонентов.

Пластиковый модуль: Пластиковый модуль имеет те же характеристики, что и дискретный пластиковый корпус, он также содержит более одного устройства и доступен в диапазоне тока до 100 А .Использование этих модулей улучшит внешний вид схемы, поскольку их можно установить на платы, прикрутив болтами радиатор к плате.

Основание шпильки: Устройство основания шпильки будет иметь резьбовое основание, оно имеет двойное преимущество — низкое тепловое сопротивление и простоту монтажа. Они доступны в диапазоне тока от 5 до 150 A и во всем диапазоне напряжений. Единственный недостаток в том, что его сложно изолировать от радиатора

.

Плоское основание: Плоское основание имеет те же характеристики, что и основание шпильки SCR, дополнительным преимуществом является то, что они изолированы от радиатора тонким слоем изоляции.Они доступны в диапазоне тока от 10 до 400 А.

Press Pack: Прессы SCR используются для сильноточных приложений 200A или выше и приложений с более высоким напряжением , превышающим 1200V . Структура SCR и электроды упакованы в керамическую оболочку, которая обеспечивает необходимую изоляцию между анодом и катодом. Обе поверхности прижимаются к радиатору; следовательно, они обладают лучшим электрическим контактным сопротивлением и минимальным тепловым сопротивлением.

Выпрямитель с кремниевым управлением

SCR »Примечания по электронике

Тиристоры из кремния Управляемые выпрямители, тиристоры представляют собой полупроводниковые устройства, которые могут действовать как электронные переключатели, иногда управляющие цепями с высокими уровнями напряжения и тока.

---

Triac, Diac, SCR Учебное пособие Включает:
Основы тиристоров Конструкция тиристорного устройства Работа тиристора Затвор отключающий тиристор, ГТО Характеристики тиристора Что такое симистор Технические характеристики симистора Обзор Diac

---

Тиристоры или кремниевые выпрямители (SCR), как их иногда называют, могут показаться необычными электронными компонентами во многих отношениях, но они особенно полезны для управления силовыми цепями.

Как таковые, эти электронные компоненты используются во многих приложениях управления мощностью, часто там, где уровни тока и напряжения относительно высоки. Тиристоры также могут использоваться в приложениях с низким энергопотреблением, включая управление освещением, а также для защиты источников питания и многих других приложений. Тиристоры просты в использовании и дешевы, что делает их идеальным вариантом для многих схем.

Идея тиристора не нова. Идея устройства была впервые выдвинута в 1950 году Уильямом Шокли, одним из изобретателей транзистора.Хотя некоторые более поздние исследования устройства были предприняты другими несколькими годами позже, они стали доступны только в начале 1960-х годов. После появления тиристоров они вскоре стали популярными для электронных схем переключения и питания.

Сильноточный тиристор / SCR

Что такое тиристор?

Тиристор можно рассматривать как довольно необычную форму электронного компонента, поскольку он состоит из четырех слоев кремния с различным легированием, а не из трех слоев обычных биполярных транзисторов.

В то время как обычные биполярные транзисторы могут иметь структуру pnp или npn с электродами, называемыми коллектор, база и эмиттер, тиристор имеет структуру pnpn с внешними слоями с их электродами, называемыми анодом (n-типа) и катодом (p -тип). Управляющий вывод SCR называется затвором, и он подключен к слою p-типа, который примыкает к катодному слою.

Основная структура тиристора / SCR

Тиристоры обычно изготавливаются из кремния, хотя теоретически могут использоваться и другие типы полупроводников.Первая причина использования кремния для тиисторов заключается в том, что кремний является идеальным выбором из-за его общих свойств. Он способен выдерживать напряжение и токи, необходимые для приложений большой мощности. Кроме того, он обладает хорошими тепловыми свойствами. Вторая важная причина заключается в том, что кремниевая технология хорошо зарекомендовала себя и широко используется для различных полупроводниковых устройств. В результате производители полупроводников могут очень дешево и легко использовать их для своих электронных компонентов.

Применение тиристоров

Тиристоры, или кремниевые выпрямители, тиристоры используются во многих областях электроники, где они находят применение во множестве различных приложений.Некоторые из наиболее распространенных приложений для них описаны ниже:

• Регулятор мощности переменного тока (включая освещение, двигатели и т. Д.).
• Электронная коммутация переменного тока.
• Лом для защиты от перенапряжения для источников питания.
• Элементы управления в контроллерах, срабатывающих по углу фазы.
• Внутри фотовспышек, где они действуют как электронный переключатель, чтобы разрядить накопленное напряжение через лампу-вспышку, а затем отключить его в нужное время.

Тиристоры способны переключать высокие напряжения и выдерживать обратные напряжения, что делает их идеальными для электронных коммутационных приложений, особенно в сценариях переменного тока.

Открытие тиристора

Идея тиристора была впервые описана Шокли в 1950 году. Он упоминался как биполярный транзистор с p-n крючком-коллектором. Механизм операции был дополнительно проанализирован в 1952 году Эберсом.

Затем в 1956 году Молл исследовал механизм переключения тиристора.Разработка продолжалась, и об устройстве стало больше известно, так что первые выпрямители с кремниевым управлением стали доступны в начале 1960-х годов, когда они начали приобретать значительный уровень популярности для переключения мощности.

Когда GE выпустила свои устройства, они использовали термин кремниевый управляемый выпрямитель, или SCR, потому что он работал только в одном направлении и был управляемым. Они использовали название SCR как торговую марку для своей продукции.

Как работает тиристор?

Принцип работы тиристора отличается от работы других устройств.Обычно через устройство не протекает ток. Однако, если к устройству подключен источник питания, и на затвор подается небольшой ток, устройство будет «срабатывать» и проводить ток. Он будет оставаться в проводящем состоянии до тех пор, пока не будет отключен источник питания.

Чтобы увидеть, как работает тиристор, стоит взглянуть на эквивалентную схему тиристора. Для пояснения схему тиристора можно рассматривать как два встречных транзистора. Первый транзистор с эмиттером, подключенным к катоду тиристора, является транзистором NPN, тогда как второй транзистор с эмиттером, подключенным к аноду тиристора, SCR является транзистором PNP.Затвор подключен к базе транзистора NPN, как показано ниже.

Эквивалентная схема тиристора

Когда на тиристор подается напряжение, ток не течет, потому что ни один из транзисторов не проводит ток. Однако, если на затвор будет подано напряжение, это вызовет протекание тока в базе, и это заставит TR2 включиться. Когда TR2 включен, это опускает базу TR1, вызывая включение этого транзистора, и, в свою очередь, проталкивает ток через базу TR2, что означает, что устройство останется включенным, даже если напряжение затвора будет снято.

Обозначения и основные сведения о тиристорах

Тиристорный или кремниевый управляемый выпрямитель, SCR, представляет собой полупроводниковое устройство, которое имеет ряд необычных характеристик. Он имеет три вывода: анод, катод и затвор, отражающий термоэлектронный клапан / вакуумную трубку. Как и следовало ожидать, затвор является управляющим выводом, в то время как основной ток протекает между анодом и катодом.

Как можно понять из обозначения схемы, показанной ниже, это устройство является «односторонним устройством», отсюда и название GE — кремниевый управляемый выпрямитель.Поэтому, когда устройство используется с переменным током, оно будет работать максимум половину цикла.

В работе тиристор или тиристор изначально не работают. Требуется определенный уровень тока, чтобы течь в ворота, чтобы «выстрелить». После срабатывания тиристор будет оставаться в проводящем состоянии до тех пор, пока напряжение на аноде и катоде не будет снято — это, очевидно, происходит в конце полупериода, в течение которого тиристор проводит. Следующий полупериод будет заблокирован в результате действия выпрямителя.Затем потребуется ток в цепи затвора, чтобы снова запустить тиристор. Таким образом, тиристор можно использовать как электронный переключатель.

Кремниевый управляемый выпрямитель, тиристор или символ тиристора, используемый для принципиальных схем или схем, стремится подчеркнуть характеристики выпрямителя, одновременно показывая управляющий вентиль. В результате символ тиристора представляет собой традиционный символ диода с входом управляющего затвора рядом с переходом.

Обозначение тиристора или цепи тиристора

Примечание по схемам и конструкции тиристоров:

Тиристоры или тиристоры имеют характеристику, заключающуюся в том, что, когда затвор получает ток срабатывания, он запускает тиристор, позволяя току течь до тех пор, пока не будет снято напряжение между анодом и катодом.Это позволяет тиристору переключать высокие напряжения и токи, хотя это только половина цикла. Цепи могут приглушать свет, управлять двигателями и вообще переключать высокие напряжения и токи.

Подробнее о Схемы и конструкция тиристоров

Характеристики тиристора

Чтобы выбрать правильное тиристорное устройство для любой схемы, необходимо изучить спецификации и убедиться, что устройство имеет правильные характеристики для предполагаемой схемы или применения.

Тиристоры — довольно уникальные компоненты, и их характеристики и параметры таблицы отличаются от других более широко используемых электронных компонентов, таких как биполярные транзисторы и полевые транзисторы JFET, полевые МОП-транзисторы и т. Д.

Другие типы тиристоров или тиристоров

Существует ряд тиристоров различных типов — это варианты базового компонента, но они предлагают разные возможности, которые могут использоваться в различных случаях и могут быть полезны для определенных схем.

• Тиристор с обратной проводимостью, RCT: Хотя тиристоры обычно блокируют ток в обратном направлении, существует одна форма, называемая тиристором с обратной проводимостью, который имеет встроенный обратный диод для обеспечения проводимости в обратном направлении, хотя нет контроля в этом направлении.

  Внутри тиристора с обратной проводимостью само устройство и диод не проводят одновременно. Это означает, что они не производят тепло одновременно. В результате они могут быть объединены и охлаждены вместе.

  RCT можно использовать там, где в противном случае потребовался бы диод обратного хода или обратного хода. Тиристоры с обратной проводимостью часто используются в преобразователях частоты и инверторах.

• Тиристор с управляемым затвором, GATT: GATT используется в случаях, когда необходимо быстрое отключение.Чтобы помочь в этом процессе, иногда может применяться отрицательное напряжение затвора. Помимо снижения анодного катодного напряжения. Это обратное напряжение затвора помогает истощить неосновные носители, хранящиеся в базовой области n-типа, и гарантирует, что переход затвор-катод не будет смещен в прямом направлении.

  Структура GATT аналогична структуре стандартного тиристора, за исключением того, что часто используются узкие катодные полоски, чтобы позволить затвору иметь больший контроль, поскольку он находится ближе к центру катода.

• Тиристор отключения затвора, GTO: GTO иногда также называют выключателем затвора. Это устройство необычно для семейства тиристоров, потому что его можно выключить, просто приложив отрицательное напряжение к затвору — нет необходимости снимать напряжение анода с катода. См. Дальнейшую страницу в этой серии с более полным описанием GTO.
• Асимметричный тиристор: Это устройство используется в цепях, где тиристор не воспринимает обратное напряжение и, следовательно, выпрямитель не требуется.В результате можно сделать второй переход, часто называемый J2 (см. Стр. О структуре устройства), можно сделать намного тоньше. Результирующая n-базовая область обеспечивает уменьшенный V _на , а также улучшенное время включения и выключения.

Тиристоры широко используются во многих областях электроники, выступая в качестве электронных переключателей. Тиристорные схемы можно использовать во многих энергетических приложениях, поскольку эти электронные компоненты могут очень легко переключать большие токи.В дополнение к этому они очень дешевы и широко доступны.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты». . .

Тиристоры, выпрямители с кремниевым управлением, модуль SCR

C&H Technology специализируется на сильноточных тиристорах с фазовой регулировкой и тиристорах с быстрым переключением.Типичные области применения включают переключатели переменного тока, регуляторы затемнения, регулирование температуры для духовок, твердотельные реле, средства управления двигателями постоянного тока, сварку, плавный пуск для приводов двигателей переменного тока и тяговые рынки.

Тиристоры также называют SCR (выпрямители с кремниевым управлением). Модуль SCR используется для управления и выпрямления тока только в одном направлении. Модуль SCR работает как механический переключатель: он либо включен, либо выключен. Когда на затвор SCR подается импульс тока / напряжения, он срабатывает и начинает проводить.SCR будет продолжать проводить, даже когда ток затвора полностью удален. Выпрямитель с кремниевым управлением выключится, когда ток нагрузки упадет ниже нуля.

Тиристоры с фазовым управлением (выпрямители с кремниевым управлением)

• Сила тока: от 16А до 4150А
• Напряжение: от 200 В до 5000 В
• Пакеты шпилек: компрессионная и паяная
• Пакеты Hockey Puk: от 19 мм до 100 мм
• Пакеты модулей SCR: T-Module, Add-A-Pak, Int-A-Pak, Magn-A-Pak, Super Magn-A-Pak
  • Ток: от 25А до 500А
  • Напряжение: от 200 В до 2000 В
  • Высокое напряжение изоляции (2500 В)
  • Соответствует RoHS, одобрено UL
  • Настраивается под конкретные нужды применения
• Дискретные пакеты: D2, TO-220, TO-247, Full Pack,

Инвертор, класс

• Ток: от 110А до 1200А
• Напряжение: от 200 В до 2100 В
• Шпилька сжатая
• Хоккейный Пук

Тиристорная матрица

• Инвертор с фазовым управлением и быстрым переключением
• Диапазон напряжения от 200 до 2000 вольт
• Wire Bondable от.От 180 до 480 мил квадратных
• Связываемый припой от 19 мм до 77 мм круглый

Свяжитесь с нами сегодня по поводу SCR или других тиристорных изделий.

Тиристорный или кремниевый управляемый выпрямитель (SCR)

Кремниевый управляемый выпрямитель ( SCR ) представляет собой однонаправленное полупроводниковое устройство, изготовленное из кремния. Это устройство является твердотельным эквивалентом тиратрона и, следовательно, его также называют тиристором или тироидным транзистором .Фактически, SCR (Silicon Controlled Rectifier) ​​- это торговое название, данное тиристору компанией General Electric. По сути, SCR — это трехконтактный четырехслойный полупроводниковый прибор, состоящий из чередующихся слоев материала p-типа и n-типа.

Следовательно, он имеет три pn перехода: J ₁ , J ₂ и J ₃ . На рисунке ниже показана SCR со слоями p-n-p-n. Устройство имеет клеммы анод (A), катод (K) и затвор (G). Вывод затвора (G) прикреплен к p-слою ближе к выводу катода (K).

Символ SCR или тиристора показан на рисунке ниже.

SCR можно рассматривать как два взаимосвязанных транзистора, как показано ниже.

Видно, что один SCR представляет собой комбинацию одного pnp-транзистора (Q ₁ ) и одного npn-транзистора (Q ₂ ). Здесь эмиттер Q ₁ действует как анодный вывод SCR, а эмиттер Q ₂ — его катод. Далее, база Q ₁ соединена с коллектором Q ₂ , а коллектор Q ₁ соединена с базой Q ₂ .Вывод затвора SCR также подключен к базе Q ₂ .

Работу SCR можно понять, проанализировав его поведение в следующих режимах:

Режим обратной блокировки SCR

В этом режиме SCR смещается в обратном направлении, подключая его анодный вывод (A) к отрицательному концу и катоду. клемму (K) к положительному полюсу аккумуляторной батареи. Это приводит к обратному смещению переходов J ₁ и J ₃ , что, в свою очередь, запрещает протекание тока через устройство, несмотря на то, что переход J ₂ остается в состоянии прямого смещения.В этом состоянии SCR ведет себя как обычный диод. В этом состоянии обратного смещения через устройство протекает только обратный ток насыщения, как в случае обратного смещения диода, который показан на характеристической кривой синей линией. Устройство также демонстрирует явление обратного пробоя за пределами безопасного обратного предела напряжения, как и диод.

Режим прямой блокировки SCR

Здесь положительное смещение применяется к SCR путем подключения анодного вывода (A) к положительному, а катодного вывода (K) к отрицательному выводу батареи, как показано на рисунке ниже.В этом случае переход J ₁ и J ₃ смещается вперед, а переход J ₂ смещается в обратном направлении.

Здесь также ток не может проходить через тиристор, за исключением крошечного тока, протекающего как ток насыщения, как показано синей кривой на характеристической кривой ниже.

Режим прямой проводимости SCR

SCR можно заставить проводить либо
(i), увеличивая положительное напряжение, подаваемое на анодном выводе (A), за пределы максимального напряжения прерывания, В _B или
(ii) приложить положительное напряжение к клемме затвора (G), как показано на рисунке ниже.

В первом случае увеличение приложенного смещения приводит к тому, что первоначально смещенный в обратном направлении переход J ₂ выходит из строя в точке, соответствующей прямому разрывному перенапряжению, V _B . Это приводит к внезапному увеличению тока, протекающего через SCR, как показано розовой кривой на характеристической кривой, хотя вывод затвора SCR остается несмещенным.

Тем не менее, тиристор может также включаться при гораздо меньшем уровне напряжения, обеспечивая небольшое положительное напряжение на выводе затвора.Причину этого можно лучше понять, рассмотрев эквивалентную схему транзистора SCR, показанную на рисунке ниже.

Здесь видно, что при подаче положительного напряжения на вывод затвора транзистор Q ₂ включается, и ток его коллектора течет в базу транзистора Q ₁ . Это приводит к включению Q ₁ , что, в свою очередь, приводит к протеканию тока его коллектора в базу Q ₂ .

Это вызывает насыщение любого транзистора с очень высокой скоростью, и действие не может быть остановлено даже путем снятия смещения, приложенного к выводу затвора, при условии, что ток через SCR больше, чем ток фиксации.Здесь ток фиксации определяется как минимальный ток, требуемый для поддержания тринистора в проводящем состоянии даже после удаления импульса затвора.

В таком состоянии говорят, что тиристор заблокирован, и не будет никаких средств для ограничения тока через устройство, если только не будет использоваться внешний импеданс в цепи. Это требует использования различных методов, таких как естественная коммутация, принудительная коммутация или отключение обратного смещения и выключение затвора, чтобы выключить проводящий тиристор.

В основном, все эти методы направлены на снижение анодного тока ниже тока удержания. Ток удержания определяется как минимальный ток для поддержания SCR в проводящем режиме.

Подобно методам выключения, существуют также различные методы включения для SCR, такие как запуск сигналом затвора постоянного тока, запуск сигналом затвора переменного тока и запуск импульсным сигналом затвора, запуск по прямому напряжению, запуск затвора, dv / dt Запуск, запуск по температуре и световой запуск.

Существует множество вариантов устройств SCR, а именно: тиристор с обратной проводимостью (RCT), тиристор с выключенным затвором (GTO), тиристор с автоматическим отключением с помощью затвора (GATT), асимметричный тиристор, тиристоры со статической индукцией (SITH), MOS Controlled Тиристоры (MCT), светоактивные тиристоры (LASCR) и т. Д. Обычно тиристоры имеют высокую скорость переключения и могут выдерживать сильный ток. Это делает тиристор (SCR) идеальным для многих приложений, таких как

1. Цепи переключения питания (как для переменного, так и для постоянного тока)
2. Цепи переключения при нулевом напряжении
3. Цепи защиты от перенапряжения
4. Управляемые выпрямители
5. Инверторы
6. Управление мощностью переменного тока (включая фары, моторы и т. д.)
7. Импульсные цепи
8. Регулятор заряда аккумулятора
9. Блокировочные реле
10. Логические схемы компьютера
11. Блоки дистанционного переключения
12. Контроллеры с синхронизацией по фазе
13. Цепи синхронизации
14. Цепи срабатывания ИС
15. Системы управления сварочным аппаратом

Руководство по выпрямителю с кремниевым управлением с характеристиками

Как правило, мы используем множество электрических и электронных компонентов при разработке проектов электроники и общих схем.Эти основные компоненты включают резисторы, транзисторы, конденсаторы, диоды, катушки индуктивности, светодиоды, тиристоры или кремниевые выпрямители, ИС и т. Д. Рассмотрим выпрямители, которые подразделяются на два типа: неуправляемые выпрямители (диоды) и управляемые выпрямители (тиристоры). На самом деле, многие студенты-инженеры и любители электроники хотят знать основы электрических и электронных компонентов. Но здесь, в этой статье, давайте подробно обсудим основы и характеристики учебного пособия по тиристорному или кремниевому выпрямителю.

Кремниевый управляемый выпрямитель

Тиристорный или кремниевый выпрямитель представляет собой многослойное полупроводниковое устройство, аналогичное транзистору. Выпрямитель с кремниевым управлением состоит из трех выводов (анод, катод и затвор), в отличие от выпрямителя с двумя выводами диода (анод и катод). Диоды называются неуправляемыми выпрямителями, поскольку они проводят (в состоянии прямого смещения без какого-либо контроля) всякий раз, когда анодное напряжение диода превышает катодное напряжение.

Диод и тиристор

Но кремниевые выпрямители не проводят ток, даже если анодное напряжение больше, чем катодное напряжение, если только не сработает (третий вывод) вывод затвора. Таким образом, подавая запускающий импульс на клемму затвора, мы можем управлять работой (ВКЛ или ВЫКЛ) тиристора. Следовательно, тиристор также называют управляемым выпрямителем или кремниевым выпрямителем.

Основы кремниевого управляемого выпрямителя

В отличие от двух слоев (P-N) в диоде и трех слоев (P-N-P или N-P-N) в транзисторах, кремниевый управляемый выпрямитель состоит из четырех слоев (P-N-P-N) с тремя последовательными переходами P-N.Кремниевый управляемый выпрямитель или тиристор обозначен символом, как показано на рисунке.

Кремниевый выпрямитель

Кремниевый выпрямитель также является однонаправленным устройством, поскольку он проводит только в одном направлении. При соответствующем срабатывании тиристор может использоваться как переключатель разомкнутой цепи, а также как выпрямительный диод. Однако тиристор нельзя использовать в качестве усилителя, и его можно использовать только для переключения, управляемой импульсным запуском клеммы затвора.

Тиристор может быть изготовлен из различных материалов, таких как кремний, карбид кремния, арсенид галлия, нитрид галлия и т. Д. Но хорошая теплопроводность, способность к высоким токам, возможность высокого напряжения, экономичная обработка кремния сделали его предпочтительным по сравнению с другими материалами для изготовления тиристоров, поэтому их также называют кремниевыми выпрямителями.

Работа кремниевого управляемого выпрямителя

Работу тиристора можно понять, рассматривая три режима работы кремниевого управляемого выпрямителя.Три режима работы тиристора следующие:

• Обратный режим блокировки
• Прямой режим блокировки
• Прямой проводящий режим

Обратный режим блокировки

Если мы поменяем местами анодное и катодное соединения тиристоров, то нижнее а верхние диоды имеют обратное смещение. Таким образом, нет пути проводимости, поэтому ток не будет течь. Следовательно, это называется режимом обратной блокировки.

Режим прямой блокировки

В общем, без какого-либо запускающего импульса на вывод затвора кремниевый выпрямитель остается выключенным, что указывает на отсутствие тока в прямом направлении (от анода к катоду).Это потому, что мы соединили два диода (верхний и нижний диоды смещены в прямом направлении) вместе, чтобы сформировать тиристор. Но соединение между этими двумя диодами имеет обратное смещение, что исключает прохождение тока сверху вниз. Следовательно, это состояние называется режимом прямой блокировки. В этом режиме, даже если тиристор находится в состоянии, аналогичном обычному диоду с прямым смещением, он не будет проводить, поскольку клемма затвора не срабатывает.

Режим прямой проводимости

В этом режиме прямой проводимости анодное напряжение должно быть больше, чем напряжение на катоде, и третий контактный затвор должен срабатывать соответственно проводимости тиристора.Это связано с тем, что всякий раз, когда срабатывает вывод затвора, нижний транзистор будет проводить, который включает верхний транзистор, а затем верхний транзистор включает нижний транзистор, и, таким образом, транзисторы активируют друг друга. Этот процесс внутренней положительной обратной связи обоих транзисторов повторяется до тех пор, пока оба не будут полностью активированы, а затем ток перейдет от анода к катоду. Таким образом, такой режим работы кремниевого управляемого выпрямителя называется режимом прямой проводимости.

Характеристики выпрямителя с кремниевым управлением

Характеристики выпрямителя с кремниевым управлением

На рисунке показаны характеристики выпрямителя с кремниевым управлением, а также представлена ​​работа тиристора в трех различных режимах, таких как режим обратной блокировки, режим прямой блокировки и режим прямой проводимости.V-I характеристики тиристора также представляют собой обратное запирающее напряжение, прямое запирающее напряжение, обратное напряжение пробоя, ток удержания, напряжение пробоя и т. Д., Как показано на рисунке.

Применение выпрямителя с кремниевым управлением

Применение выпрямителя с кремниевым управлением используется в цепях, работающих с большими токами и напряжениями, например, в электрических цепях с током более 1 кВ или более 100 А.

Тиристоры специально используются для уменьшения внутренних потерь мощности в цепи.Выпрямители с кремниевым управлением могут использоваться для управления мощностью в цепи без каких-либо потерь, используя двухпозиционное управление тиристорами.

Выпрямители с кремниевым управлением также используются для выпрямления, то есть для перехода от переменного тока к постоянному. Как правило, тиристоры используются в преобразователях переменного тока в переменный (циклоконвертеры), которые являются наиболее распространенным применением кремниевых выпрямителей.

Практическое применение кремниевого выпрямителя

Циклоконвертер на базе тиристора от Edgefxkits.com

Циклоконвертер на основе SCR представляет собой практическое применение кремниевого управляемого выпрямителя, в котором скорость однофазного асинхронного двигателя регулируется в три этапа. Асинхронные двигатели представляют собой машины с постоянной скоростью и часто используются в различных приложениях, таких как стиральные машины, водяные насосы и т. Д. Эти приложения требуют различных скоростей двигателя, которые могут быть достигнуты с помощью этой технологии на основе SCR. Блок-схема циклоконвертора на базе

SCR от Edgefxkits.com Циклоконвертер на базе тиристора

используется для ступенчатого управления скоростью асинхронного двигателя.В этом проекте пара переключателей связана с микроконтроллером 8051, и они используются для выбора желаемой скорости (F, F / 2 и F / 3) двигателя. В зависимости от состояния переключателей микроконтроллер подает импульсы запуска на кремниевые выпрямители двойного моста. Таким образом, скорость асинхронного двигателя регулируется в три этапа в зависимости от требований.

Хотите разрабатывать проекты электроники на основе кремниевых выпрямителей? Затем разместите свои идеи в разделе комментариев ниже, чтобы получить нашу техническую помощь в разработке ваших инженерных проектов.

(PDF) Выпрямители с тиристорным управлением (TCR) для тяги

             

        

         

 

     



       

   

         

        

 

 

 

       

 

         

          

 

   

 

 





















    

    ​​

       

 

 

      

        

  

       

   

      

        

  

         

    

  

    

   

     ________________

 

    

            

          

       

           

          

    

 

         

 

  

           

 

         

  ________________         

          

 

     

          

- 

          

 

 

          

    

    

  

 

 

        

    

          

 

 



       

 



    - 

   



    ________________   



     

   

        

     

  

   

   

     

     



     

   ________________ 

  

Тиристорные выпрямители с кремниевым управлением | Закажите промышленный тиристор SCR онлайн в Darrah Electric

Пакеты для прессы

Корпус из полупроводника, похожий на хоккейную шайбу.Конструкция пресс-пакета механически устанавливается или сжимается между двумя плоскими поверхностями, используемыми для отвода тепла и проведения тока. Сила давления или сжатия указывается производителем.

Тиристоры (тиристоры) / диодные модули

Диодные модули разделяют блоки питания, соединенные параллельно.Darrah предлагает диодные модули от 90 до 700 ампер и от 600 до 1800 вольт.

Шпильки

Полупроводниковый корпус шпильки обычно устанавливается через пластину или шину и фиксируется гайкой. Шпилька может быть анодным или катодным выводом устройства.

Тиристоры Выпрямители с кремниевым управлением — это устройства, которые действуют исключительно как бистабильные переключатели, проводящие ток, когда затвор получает ток триггера, и продолжают проводить, пока напряжение на устройстве не меняется на противоположное (смещение в прямом направлении). Тиристоры. Выпрямители с кремниевым управлением — это однонаправленные устройства, которые могут нормально срабатывать только токами, идущими в затвор. Darrah предлагает тиристорные выпрямители с кремниевым управлением в диапазоне от 40 до 6100 ампер и от 25 до 8500 вольт.Делайте покупки в наших пресс-пакетах для тиристоров и кремниевых выпрямителей сегодня!

Прикладные фильтры

.