Thyristor là phím điện tử công suất không được điều khiển hoàn toàn. Thông thường trong các sách kỹ thuật, bạn có thể thấy một tên khác của thiết bị này - một thyristor hoạt động một lần. Nói cách khác, dưới ảnh hưởng của tín hiệu điều khiển, nó được chuyển sang một trạng thái - đang dẫn. Cụ thể hơn, nó bao gồm một mạch điện. Để tắt nó, cần phải tạo ra các điều kiện đặc biệt để đảm bảo rằng dòng điện một chiều trong mạch giảm xuống 0.
Tính năng của thyristor
Các phímThyristor chỉ dẫn dòng điện theo chiều thuận, và ở trạng thái đóng, nó không chỉ chịu được điện áp thuận mà còn chịu được cả điện áp ngược. Cấu trúc của thyristor là bốn lớp, có ba đầu ra:
- Cực dương (ký hiệu là chữ A).
- Cathode (chữ C hoặc K).
- Điện cực điều khiển (U hoặc G).
Thyristor có tổng thể các đặc tính dòng điện-điện áp, chúng có thể được sử dụng để đánh giá trạng thái của phần tử. Thyristor là những phím điện tử rất mạnh mẽ, chúng có khả năng chuyển mạch trong đó điện áp có thể đạt tới 5000 vôn và cường độ dòng điện - 5000 ampe (trong khi tần số không vượt quá 1000 Hz).
Hoạt động của Thyristor trongMạch DC
Một thyristor thông thường được bật bằng cách áp dụng một xung dòng điện vào đầu ra điều khiển. Hơn nữa, nó phải là cực dương (đối với cực âm). Thời gian của quá trình quá độ phụ thuộc vào bản chất của tải (cảm ứng, hoạt động), biên độ và tốc độ tăng trong mạch điều khiển xung hiện tại, nhiệt độ của tinh thể bán dẫn, cũng như dòng điện và điện áp đặt vào các thyristor. có sẵn trong mạch. Các đặc tính của mạch phụ thuộc trực tiếp vào loại phần tử bán dẫn được sử dụng.
Trong mạch đặt thyristor, việc xuất hiện tốc độ tăng điện áp cao là không thể chấp nhận được. Cụ thể, một giá trị mà tại đó phần tử tự động bật (ngay cả khi không có tín hiệu trong mạch điều khiển). Nhưng đồng thời, tín hiệu điều khiển phải có độ dốc rất cao.
Cách tắt
Có thể phân biệt hai loại chuyển mạch thyristor:
- Tự nhiên.
- Cưỡng chế.
Và bây giờ là chi tiết hơn về từng loài. Tự nhiên xảy ra khi thyristor hoạt động trong một mạch điện xoay chiều. Hơn nữa, việc chuyển mạch này xảy ra khi dòng điện giảm xuống không. Nhưng để thực hiện chuyển đổi cưỡng bức có thể có một số lượng lớn các cách khác nhau. Việc chọn điều khiển thyristor nào là tùy thuộc vào nhà thiết kế mạch, nhưng điều đáng nói là từng loại riêng biệt.
Cách chuyển đổi cưỡng bức đặc trưng nhất là kết nốimột tụ điện đã được sạc trước bằng nút (phím). Mạch LC có trong mạch điều khiển thyristor. Đoạn mạch này chứa một tụ điện đã được sạc đầy. Trong quá trình quá độ, dòng điện dao động trong mạch tải.
Phương pháp chuyển đổi cưỡng bức
Có một số kiểu chuyển đổi cưỡng bức khác. Thông thường, một mạch được sử dụng sử dụng một tụ điện chuyển mạch có phân cực ngược. Ví dụ, tụ điện này có thể được kết nối với mạch bằng cách sử dụng một số loại thyristor phụ. Trong trường hợp này, phóng điện sẽ xảy ra trên thyristor chính (đang làm việc). Điều này sẽ dẫn đến hiện tượng là tại tụ điện, dòng điện hướng vào dòng điện một chiều của thyristor chính sẽ giúp giảm dòng điện trong mạch xuống bằng không. Do đó, thyristor sẽ tắt. Điều này xảy ra vì thiết bị thyristor có những đặc điểm riêng chỉ đặc trưng cho nó.
Ngoài ra còn có các chương trình trong đó các chuỗi LC được kết nối với nhau. Chúng được phóng điện (và với sự dao động). Tại thời điểm ban đầu, dòng phóng điện chạy về phía công nhân, và sau khi cân bằng các giá trị của chúng, thyristor sẽ tắt. Sau đó, từ chuỗi dao động, dòng điện chạy qua thyristor vào một diode bán dẫn. Trong trường hợp này, trong khi dòng điện chạy qua, một điện áp nhất định được áp dụng cho thyristor. Nó có môđun bằng với điện áp rơi trên diode.
Hoạt động của Thyristor trong mạch xoay chiều
Nếu thyristor được bao gồm trong mạch AC, có thể thực hiện như vậyhoạt động:
- Bật hoặc tắt mạch điện có tải điện trở hoặc điện trở hoạt động.
- Thay đổi giá trị trung bình và hiệu dụng của dòng điện đi qua tải, nhờ khả năng điều chỉnh thời điểm của tín hiệu điều khiển.
Các phímThyristor có một tính năng - chúng chỉ dẫn dòng điện theo một hướng. Do đó, nếu bạn cần sử dụng chúng trong các mạch điện xoay chiều, bạn phải sử dụng kết nối back-to-back. Các giá trị dòng điện hiệu dụng và trung bình có thể thay đổi do thời điểm tín hiệu được đưa vào các thyristor là khác nhau. Trong trường hợp này, công suất thyristor phải đáp ứng các yêu cầu tối thiểu.
Phương pháp điều khiển pha
Trong phương pháp điều khiển pha kiểu cưỡng bức, tải được điều chỉnh bằng cách thay đổi góc giữa các pha. Chuyển mạch nhân tạo có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các mạch đặc biệt, hoặc cần phải sử dụng các thyristor được điều khiển hoàn toàn (có thể khóa). Theo quy luật, trên cơ sở chúng, bộ sạc thyristor được tạo ra, cho phép bạn điều chỉnh cường độ dòng điện tùy thuộc vào mức độ sạc của pin.
Kiểm soát độ rộng xung
Họ cũng gọi nó là điều chế PWM. Trong quá trình mở các thyristor, một tín hiệu điều khiển được đưa ra. Các mối nối được mở và có một số điện áp trên tải. Trong quá trình đóng (trong toàn bộ quá trình quá độ) không có tín hiệu điều khiển nào được áp dụng, do đó, các thyristor không dẫn dòng điện. Khi thực hiệnđường cong dòng điều khiển pha không phải là hình sin, có sự thay đổi dạng sóng của điện áp nguồn. Do đó, cũng vi phạm công việc của người tiêu dùng nhạy cảm với nhiễu tần số cao (xuất hiện sự không tương thích). Bộ điều chỉnh thyristor có thiết kế đơn giản, cho phép bạn thay đổi giá trị cần thiết mà không gặp bất kỳ vấn đề gì. Và bạn không cần phải sử dụng LATR lớn.
Thyristors có thể khóa được
Thyristor là công tắc điện tử rất mạnh được sử dụng để chuyển đổi điện áp và dòng điện cao. Nhưng họ có một nhược điểm rất lớn - quản lý chưa hoàn thiện. Cụ thể hơn, điều này được thể hiện bằng thực tế là để tắt thyristor, cần phải tạo ra các điều kiện để dòng điện một chiều giảm xuống còn 0.
Chính tính năng này đặt ra một số hạn chế đối với việc sử dụng các thyristor và cũng làm phức tạp các mạch dựa trên chúng. Để loại bỏ những thiếu sót như vậy, các thiết kế đặc biệt của thyristor đã được phát triển, được khóa bằng tín hiệu dọc theo một điện cực điều khiển. Chúng được gọi là thyristor hoạt động kép hoặc có thể khóa được.
Thiết kế thyristor có thể khóa
Cấu trúc bốn lớp p-p-p-p của thyristor có đặc điểm riêng. Chúng làm cho chúng khác với các thyristor thông thường. Bây giờ chúng ta đang nói về khả năng kiểm soát hoàn toàn của phần tử. Đặc tính dòng điện-điện áp (tĩnh) theo chiều thuận giống như đặc tính của các thyristor đơn giản. Đó chỉ là một thyristor dòng điện một chiều có thể vượt qua một giá trị lớn hơn nhiều. Nhưng màkhông cung cấp chức năng chặn điện áp ngược lớn cho các thyristor có thể khóa được. Do đó, cần phải kết nối nó với một diode bán dẫn.
Một tính năng đặc trưng của thyristor có thể khóa là điện áp chuyển tiếp giảm đáng kể. Để thực hiện tắt máy, một xung dòng điện mạnh (âm, theo tỷ lệ 1: 5 với giá trị dòng điện một chiều) phải được đưa vào đầu ra điều khiển. Nhưng chỉ thời lượng xung càng ngắn càng tốt - 10 … 100 μs. Các thyristor có thể khóa được có điện áp và dòng điện giới hạn thấp hơn các loại thông thường. Sự khác biệt là khoảng 25-30%.
Các loại thyristor
Những loại có thể khóa được đã được thảo luận ở trên, nhưng có nhiều loại thyristor bán dẫn khác cũng đáng được đề cập. Một loạt các thiết kế (bộ sạc, công tắc, bộ điều chỉnh điện) sử dụng một số loại thyristor. Ở một nơi nào đó, việc kiểm soát được thực hiện bằng cách cung cấp một luồng ánh sáng, có nghĩa là sử dụng một máy đo quang học. Điểm đặc biệt của nó nằm ở chỗ, mạch điều khiển sử dụng tinh thể bán dẫn nhạy cảm với ánh sáng. Thông số của các thyristor là khác nhau, đều có những đặc điểm riêng, đặc trưng chỉ dành cho chúng. Do đó, ít nhất là trong điều kiện chung, cần phải hiểu những loại chất bán dẫn này tồn tại và chúng có thể được sử dụng ở đâu. Vì vậy, đây là toàn bộ danh sách và các tính năng chính của từng loại:
- Diode-thyristor. Tương đương của phần tử này là một thyristor, mà nó được kết nối chống song songđiốt bán dẫn.
- Dinistor (diode thyristor). Nó có thể trở nên dẫn điện hoàn toàn nếu vượt quá mức điện áp nhất định.
- Triac (thyristor đối xứng). Tương đương của nó là hai thyristor được kết nối chống song song.
- Thyristor biến tần tốc độ cao có tốc độ chuyển mạch cao (5… 50 µs).
- Thyristor điều khiển bóng bán dẫn trường. Bạn thường có thể tìm thấy các thiết kế dựa trên MOSFET.
- Thyristor quang được điều khiển bằng thông lượng ánh sáng.
Thực hiện bảo vệ phần tử
Thyristor là thiết bị quan trọng đối với tốc độ quay của dòng điện thuận và điện áp chuyển tiếp. Chúng, giống như điốt bán dẫn, được đặc trưng bởi hiện tượng như dòng điện phục hồi ngược, dòng điện này giảm rất nhanh và mạnh về 0, do đó làm trầm trọng thêm khả năng quá áp. Quá điện áp này là hậu quả của thực tế là dòng điện dừng đột ngột trong tất cả các phần tử mạch có điện cảm (ngay cả điện cảm cực thấp điển hình cho việc lắp đặt - dây dẫn, rãnh bảng mạch). Để thực hiện bảo vệ, cần phải sử dụng nhiều phương án cho phép bạn bảo vệ mình khỏi điện áp và dòng điện cao trong các chế độ hoạt động động.
Theo quy luật, điện trở cảm ứng của nguồn điện áp đi vào mạch của một thyristor đang hoạt động có giá trị đến mức quá đủ để không bao gồm một số bổ sungđiện cảm. Vì lý do này, trong thực tế, một chuỗi hình thành đường chuyển mạch thường được sử dụng hơn, nó làm giảm đáng kể tốc độ và mức độ quá áp trong mạch khi tắt thyristor. Các mạch điện dung-điện trở được sử dụng phổ biến nhất cho mục đích này. Chúng được kết nối song song với thyristor. Có khá nhiều kiểu điều chỉnh mạch của các mạch như vậy, cũng như các phương pháp tính toán của chúng, các thông số cho hoạt động của thyristor ở các chế độ và điều kiện khác nhau. Nhưng mạch để hình thành quỹ đạo chuyển đổi của thyristor có thể khóa sẽ giống với mạch của bóng bán dẫn.
