Tiristorët janë pajisje elektronike në gjendje të ngurtë me shpejtësi të lartë ndërrimi. Këto pajisje mund të përdoren për të kontrolluar të gjitha llojet e komponentëve elektronikë me fuqi të ulët. Sidoqoftë, së bashku me elektronikën me fuqi të ulët, pajisjet e fuqisë kontrollohen me sukses me anë të tiristorëve. Konsideroni qarqet klasike për ndezjen e një tiristori nën kontrollin e ngarkesave mjaft të larta, për shembull, llambat elektrike, motorët elektrikë, ngrohësit elektrikë, etj.

Përfshirja e një gjysmëpërçuesi në gjendje të hapur është e mundur duke aplikuar një impuls të vogël të rrymës fillestare në elektrodën e kontrollit U.

Kur tiristori kalon rrymën e ngarkesës në drejtimin përpara, elektroda e anodës A është pozitive në lidhje me elektrodën e katodës K, për sa i përket shtrëngimit rigjenerues.

Si rregull, pulsi i shkas për elektrodën Y duhet të ketë një kohëzgjatje prej disa mikrosekonda. Megjithatë, sa më i gjatë të jetë pulsi, aq më shpejt ndodh prishja e brendshme e ortekut. Ai gjithashtu rrit kohën e hapjes së tranzicionit. Por rryma maksimale e portës nuk duhet të tejkalohet.

Skema 1: KN1, KN2 - butonat e shtypjes pa fiksim; L1 - ngarkesë në formën e një llambë inkandeshente 100 W; R1, R2 - rezistorë konstante 470 Ohm dhe 1 kOhm

Ky qark i thjeshtë ndezës/fikje përdoret për të kontrolluar një llambë inkandeshente. Ndërkohë, qarku mund të përdoret si një komutator për një motor elektrik, një ngrohës dhe çdo ngarkesë tjetër të projektuar për t'u mundësuar nga një tension konstant.

Këtu, tiristori ka një gjendje tranzicioni të njëanshëm përpara dhe ndizet në modalitetin e qarkut të shkurtër nga butoni normalisht i hapur KN1.

Ky buton lidh elektrodën e kontrollit Y me burimin e energjisë përmes rezistencës R1. Nëse vlera e R1 është vendosur shumë e lartë në krahasim me tensionin e furnizimit, pajisja nuk do të funksionojë.

Mjafton të shtypni butonin KN1, tiristori kalon në gjendjen e përcjellësit të drejtpërdrejtë dhe mbetet në këtë gjendje pavarësisht nga pozicioni i mëtejshëm i butonit KN1. Në këtë rast, komponenti aktual i ngarkesës tregon një vlerë më të madhe se rryma e shtrëngimit të tiristorit.

Avantazhet dhe disavantazhet e përdorimit të një tiristori

Një nga avantazhet kryesore të përdorimit të këtyre gjysmëpërçuesve si ndërprerës duket të jetë një fitim shumë i lartë i rrymës. Një tiristor është një pajisje që në të vërtetë kontrollohet nga rryma.

Rezistenca e katodës R2 zakonisht përfshihet për të zvogëluar ndjeshmërinë e elektrodës Y dhe për të rritur aftësitë e raportit të tensionit ndaj rrymës, gjë që parandalon funksionimin e gabuar të pajisjes.

Kur tiristori mbyllet dhe mbetet në gjendjen "on", kjo gjendje mund të rivendoset vetëm duke ndërprerë furnizimin me energji elektrike ose duke ulur rrymën e anodës në vlerën më të ulët mbajtëse.

Prandaj, është logjike të përdorni butonin normalisht të mbyllur KN2 për të hapur qarkun, duke reduktuar në zero rrymën që rrjedh nëpër tiristor, duke e detyruar pajisjen të shkojë në gjendjen "off".

Megjithatë, skema ka edhe një disavantazh. Ndërprerësi mekanik i mbyllur normalisht KN2 duhet të jetë mjaft i fuqishëm që të përputhet me fuqinë e të gjithë qarkut.

Në parim, thjesht mund të zëvendësohet gjysmëpërçuesi me një çelës mekanik të fuqishëm. Një mënyrë për të kapërcyer problemin e energjisë është të lidhni një ndërprerës paralelisht me tiristorin.

Skema 2: KN1, KN2 - butonat e shtypjes pa fiksim; L1 - llambë inkandeshente 100 W; R1, R2 - rezistorë konstante 470 Ohm dhe 1 kOhm

Përsosja e qarkut - ndezja e një çelësi normalisht të hapur të fuqisë së ulët paralelisht me tranzicionin A-K ka efektin e mëposhtëm:

• aktivizimi i KH2 krijon një "qark të shkurtër" midis elektrodave A dhe K,
• rryma e fiksimit zvogëlohet në vlerën minimale,
• pajisja shkon në gjendjen "off".

Tiristor në qarkun AC

Kur lidhet me një burim AC, tiristori funksionon pak më ndryshe. Kjo është për shkak të ndryshimit periodik në polaritetin e tensionit të alternuar.

Prandaj, aplikacionet me energji AC do të rezultojnë automatikisht në një gjendje kryqëzimi me njëanshmëri të kundërt. Kjo do të thotë, gjatë gjysmës së çdo cikli, pajisja do të jetë në gjendje "off".

Për variantin me tension të alternuar, qarku i nisjes së tiristorit është i ngjashëm me qarkun me furnizim me tension të drejtpërdrejtë. Dallimi është i parëndësishëm - mungesa e një ndërprerës shtesë KN2 dhe shtimi i një diodë D1.

Falë diodës D1, parandalohet një paragjykim i kundërt në lidhje me elektrodën e kontrollit Y.

Gjatë gjysmë-ciklit pozitiv të formës valore sinusoidale, pajisja është e anuar përpara, por me çelësin KN1 të fikur, rryma e portës zero aplikohet në tiristor dhe pajisja mbetet "e fikur".

Në gjysmë-ciklin negativ, pajisja merr një paragjykim të kundërt dhe gjithashtu do të mbetet "e fikur", pavarësisht nga gjendja e çelësit KH1.

Skema 3: KN1 - çelës mbyllës; D1 - çdo diodë për tension të lartë; R1, R2 - rezistorë konstante 180 Ohm dhe 1 kOhm, L1 - llambë inkandeshente 100 W

Nëse çelësi KH1 është i mbyllur, në fillim të çdo gjysmë cikli pozitiv, gjysmëpërçuesi do të mbetet plotësisht "i fikur".

Por si rezultat i arritjes së një tensioni të mjaftueshëm pozitiv të ndezjes (rritje në rrymën e kontrollit) në elektrodën Y, tiristori do të kalojë në gjendjen "on".

Mbyllja e gjendjes së mbajtjes mbetet e qëndrueshme gjatë gjysmë ciklit pozitiv dhe rivendoset automatikisht kur përfundon gjysmë cikli pozitiv. Natyrisht, që nga këtu rryma e anodës bie nën vlerën aktuale.

Gjatë gjysmë ciklit tjetër negativ, pajisja do të jetë plotësisht e "fikur" deri në gjysmë ciklin tjetër pozitiv. Pastaj procesi përsëritet përsëri.

Rezulton se ngarkesa ka vetëm gjysmën e fuqisë së disponueshme të furnizimit me energji elektrike. Tiristori vepron si dhe kryen rrymë alternative vetëm gjatë gjysmë cikleve pozitive kur kryqëzimi është i njëanshëm përpara.

Kontrolli me gjysmë valë

Kontrolli i fazës së tiristorit është forma më e zakonshme e kontrollit të fuqisë AC.

Një shembull i një qarku bazë të kontrollit të fazës është paraqitur më poshtë. Këtu, voltazhi i portës së tiristorit formohet nga qarku R1C1 përmes diodës së këmbëzës D1.

Gjatë gjysmë-ciklit pozitiv, kur kryqëzimi është i njëanshëm përpara, kondensatori C1 ngarkohet përmes rezistencës R1 nga tensioni i furnizimit të qarkut.

Elektroda e kontrollit Y aktivizohet vetëm kur niveli i tensionit në pikën "x" aktivizon diodën D1. Kondensatori C1 shkarkohet në elektrodën e kontrollit Y, duke e vendosur pajisjen në gjendjen "on".

Kohëzgjatja e gjysmës pozitive të ciklit, kur hapet përçueshmëria, kontrollohet nga konstanta kohore e qarkut R1C1, e vendosur nga rezistenca e ndryshueshme R1.

Skema 4: KN1 - çelës mbyllës; R1 - rezistencë e ndryshueshme 1 kOhm; C1 - kondensator 0,1 mikrofarad; D1 - çdo diodë për tension të lartë; L1 - llambë inkandeshente 100 W; P - sinusoid i përçueshmërisë

Rritja e vlerës së R1 çon në një vonesë në tensionin e këmbëzës së aplikuar në elektrodën e kontrollit të tiristorit, e cila, nga ana tjetër, shkakton një vonesë në kohën e përcjelljes së pajisjes.

Si rezultat, pjesa e gjysmë ciklit ku pajisja përçohet mund të rregullohet në intervalin 0-180º. Kjo do të thotë se gjysma e fuqisë së shpërndarë nga ngarkesa (llamba) është e rregullueshme.

Ka shumë mënyra për të arritur kontrollin e plotë të valës së tiristorëve. Për shembull, mund të përfshini një gjysmëpërçues të vetëm në një qark ndreqës të urës diodike. Me këtë metodë, është e lehtë të konvertohet komponenti i ndryshueshëm në një rrymë tiristori njëdrejtimëshe.

Megjithatë, një metodë më e zakonshme konsiderohet të jetë përdorimi i dy tiristorëve të lidhur në paralele inverse.

Qasja më praktike duket të jetë përdorimi i një triac të vetëm. Ky gjysmëpërçues lejon një tranzicion në të dy drejtimet, duke i bërë triacët më të përshtatshëm për qarqet komutuese AC.

Paraqitja e plotë teknike e tiristorit

- një pajisje me vetitë e një gjysmëpërçuesi, dizajni i të cilit bazohet në një gjysmëpërçues me një kristal që ka tre ose më shumë kryqëzime p-n.

Puna e tij nënkupton praninë e dy fazave të qëndrueshme:

• "e mbyllur" (niveli i përçueshmërisë është i ulët);
• "e hapur" (nivelet e përçueshmërisë janë të larta).

Tiristorët janë pajisje që kryejnë funksionet e çelsave elektronike të fuqisë. Emri tjetër i tyre është tiristorë me një funksionim. Kjo pajisje ju lejon të rregulloni ndikimin e ngarkesave të fuqishme me anë të impulseve të vogla.

Sipas karakteristikës së tensionit aktual të tiristorit, një rritje në fuqinë aktuale në të do të provokojë një ulje të tensionit, domethënë do të shfaqet një rezistencë diferenciale negative.

Për më tepër, këto pajisje gjysmëpërçuese mund të kombinojnë qarqe me tensione deri në 5000 volt dhe rryma deri në 5000 amper (me një frekuencë jo më shumë se 1000 Hz).

Tiristorët me dy dhe tre dalje janë të përshtatshëm për funksionim me rrymë direkte dhe alternative. Më shpesh, parimi i funksionimit të tyre krahasohet me funksionimin e një diode korrigjuese dhe besohet se ato janë një analog i plotë i një ndreqësi, në një kuptim edhe më efikas.

Llojet e tiristorëve ndryshojnë nga njëri-tjetri:

• Mënyra e menaxhimit.
• Përçueshmëria (e njëanshme ose e dyanshme).

Parimet e përgjithshme të menaxhimit

Struktura e tiristorit ka 4 shtresa gjysmëpërçuese në lidhje serike (p-n-p-n). Kontakti i lidhur me shtresën e jashtme p është anoda, dhe kontakti i lidhur me shtresën e jashtme n është katoda. Si rezultat, me një montim standard, tiristori mund të ketë maksimumi dy elektroda kontrolli, të cilat janë ngjitur në shtresat e brendshme. Sipas shtresës së lidhur, përçuesit ndahen në pajisje katodë dhe anodë sipas llojit të kontrollit. Lloji i parë përdoret më shpesh.

Rryma në tiristorë rrjedh drejt katodës (nga anoda), prandaj, lidhja me burimin e rrymës bëhet midis anodës dhe terminalit pozitiv, si dhe midis katodës dhe terminalit negativ.

Tiristorët me një elektrodë kontrolli mund të jenë:

• mbyllet;
• E shkyçshme.

Një veti treguese e pajisjeve jo të bllokueshme është mungesa e përgjigjes së tyre ndaj një sinjali nga elektroda e kontrollit. Mënyra e vetme për t'i mbyllur ato është zvogëlimi i nivelit të rrymës që rrjedh nëpër to në mënyrë që të jetë inferior ndaj fuqisë së rrymës mbajtëse.

Kur kontrolloni një tiristor, duhet të merren parasysh disa pika. Një pajisje e këtij lloji ndryshon fazat e funksionimit nga "fik" në "ndezur" dhe mbrapa befas dhe vetëm në kushtet e ndikimit të jashtëm: duke përdorur rrymë (manipulim të tensionit) ose fotone (në rastet me fototiristor).

Për të kuptuar këtë pikë, duhet të mbahet mend se tiristori ka kryesisht 3 dalje (trinistor): anodë, katodë dhe elektrodë kontrolli.

Ue (elektroda e kontrollit) është po aq e njëjtë dhe është përgjegjëse për ndezjen dhe fikjen e tiristorit. Hapja e tiristorit ndodh me kusht që voltazhi i aplikuar ndërmjet A (anodës) dhe K (katodës) të bëhet i barabartë ose të tejkalojë vëllimin e tensionit të trinistorit. Vërtetë, në rastin e dytë, do të kërkohet ndikimi i një pulsi të polaritetit pozitiv midis Ue dhe K.

Me një furnizim të vazhdueshëm të tensionit, tiristori mund të hapet për një kohë të pacaktuar.

Për ta vendosur atë në një gjendje të mbyllur, mund të:

• Ulni nivelin e tensionit midis A dhe K në zero;
• Ulni vlerën e rrymës A në mënyrë që vlerat e rrymës mbajtëse të jenë më të mëdha;
• Nëse qarku është ndërtuar mbi veprimin e rrymës alternative, pajisja do të fiket pa ndërhyrje të jashtme kur vetë niveli aktual bie në zero;
• Aplikoni një tension bllokues në Ue (i përshtatshëm vetëm për varietetet e pajisjeve gjysmëpërçuese që mbyllen).

Gjendja e mbyllur gjithashtu zgjat pafundësisht derisa të ndodhë një impuls nxitës.

Metodat specifike të kontrollit

• Amplituda .

Përfaqëson furnizimin e një tensioni pozitiv me madhësi të ndryshme në Ue. Hapja e tiristorit ndodh kur voltazhi është i mjaftueshëm për të thyer kalimin e kontrollit të rrymës së korrigjimit (Isp.). Duke ndryshuar vlerën e tensionit në Ue, bëhet e mundur ndryshimi i kohës së hapjes së tiristorit.

Disavantazhi kryesor i kësaj metode është ndikimi i fortë i faktorit të temperaturës. Përveç kësaj, çdo lloj tiristori do të kërkojë një lloj tjetër rezistence. Ky moment nuk shton komoditet në funksionim. Përveç kësaj, koha e hapjes së tiristorit mund të korrigjohet vetëm kur zgjat 1/2 e parë e gjysmë-ciklit pozitiv të rrjetit.

• Faza.

Ai konsiston në ndryshimin e fazës Ucontrol (në lidhje me tensionin në anodë). Në këtë rast, përdoret një urë e zhvendosjes së fazës. Disavantazhi kryesor është pjerrësia e ulët e Ucontrol, prandaj, është e mundur të stabilizohet momenti i hapjes së tiristorit vetëm për një kohë të shkurtër.

• Faza-pulsi .

Projektuar për të kapërcyer mangësitë e metodës së fazës. Për këtë qëllim, një impuls tensioni me një front të pjerrët aplikohet në Ue. Kjo qasje është aktualisht më e zakonshme.

Tiristorët dhe siguria

Për shkak të impulsivitetit të veprimit të tyre dhe pranisë së një rryme rikuperimi të kundërt, tiristorët rrisin shumë rrezikun e mbitensionit në funksionimin e pajisjes. Përveç kësaj, rreziku i mbitensionit në zonën e gjysmëpërçuesve është i lartë nëse nuk ka fare tension në pjesët e tjera të qarkut.

Prandaj, për të shmangur pasojat negative, është zakon të përdoren skemat TFTP. Ato parandalojnë shfaqjen dhe mbajtjen e vlerave kritike të tensionit.

Modeli i tiristorit me dy tranzistor

Është mjaft e mundur të montoni një dinistor (tiristor me dy priza) ose një trinistor (tiristor me tre priza) nga dy transistorë. Për ta bërë këtë, njëri prej tyre duhet të ketë përçueshmëri p-n-p, tjetri - n-p-n-përçueshmëri. Transistorët mund të bëhen si nga silikoni ashtu edhe nga germanium.

Lidhja midis tyre kryhet përmes dy kanaleve:

• Anoda nga transistori i dytë + elektroda e kontrollit nga transistori i parë;
• Katodë nga transistori i parë + elektrodë kontrolli nga transistori i dytë.

Nëse bëni pa përdorimin e elektrodave të kontrollit, atëherë dalja do të jetë një dinistor.

Pajtueshmëria e transistorëve të zgjedhur përcaktohet nga e njëjta sasi fuqie. Në këtë rast, leximet e rrymës dhe tensionit duhet domosdoshmërisht të jenë më të mëdha se ato që kërkohen për funksionimin normal të pajisjes. Tensioni i prishjes dhe të dhënat e rrymës së mbajtjes varen nga cilësitë specifike të transistorëve të përdorur.

Shkruani komente, shtesa në artikull, mbase kam humbur diçka. Hidhini një sy, do të jem i lumtur nëse gjeni diçka tjetër të dobishme tek unë.

Krijimi i pajisjeve gjysmëpërçuese për elektronikën e energjisë filloi në vitin 1953, kur u bë e mundur marrja e silikonit me pastërti të lartë dhe formimi i disqeve të mëdha silikoni. Në vitin 1955 u krijua për herë të parë një pajisje e kontrolluar me gjysmëpërçues, e cila ka një strukturë me katër shtresa dhe u quajt "tiristor".

Ai u ndez duke aplikuar një impuls në elektrodën e kontrollit në një tension pozitiv midis anodës dhe katodës. Fikja e tiristorit sigurohet duke reduktuar rrymën direkte që rrjedh përmes tij në zero, për të cilën janë zhvilluar shumë skema të qarqeve komutuese induktive-kapacitore. Ata jo vetëm që rrisin koston e konvertuesit, por edhe përkeqësojnë peshën dhe dimensionet e tij, zvogëlojnë besueshmërinë.

Prandaj, njëkohësisht me krijimin e tiristorit, filloi kërkimi që synonte të siguronte fikjen e tij nga elektroda e kontrollit. Problemi kryesor ishte sigurimi i shpërndarjes së shpejtë të transportuesve të ngarkesës në rajonet bazë.

Tiristorët e parë të tillë u shfaqën në vitin 1960 në SHBA. Ata quheshin Gate Turn Off (GTO). Në vendin tonë njihen më mirë si tiristorët e kyçur ose fikur.

Në mesin e viteve '90, u zhvillua një tiristor i kyçur me një dalje unazore të elektrodës së kontrollit. U quajt Gate Commutated Thyristor (GCT) dhe u bë një zhvillim i mëtejshëm i teknologjisë GTO.

Tiristorët

Pajisja

Tiristori i kyçur është një pajisje gjysmëpërçuese plotësisht e kontrolluar e bazuar në një strukturë klasike me katër shtresa. Ndezet dhe fiket duke aplikuar impulse të rrymës pozitive dhe negative në elektrodën e kontrollit. Në Fig. 1 tregon simbolin (a) dhe bllok diagramin (b) të tiristorit që do të fiket. Ashtu si një tiristor konvencional, ai ka një katodë K, një anodë A, një elektrodë kontrolli G. Ndryshimet në strukturat e pajisjeve qëndrojnë në një rregullim të ndryshëm të shtresave horizontale dhe vertikale me përçueshmëri n- dhe p.

Struktura e shtresës katodë n ka pësuar ndryshimin më të madh. Ajo është e ndarë në disa qindra qeliza elementare, të shpërndara në mënyrë të barabartë në zonë dhe të lidhura paralelisht. Ky dizajn është shkaktuar nga dëshira për të siguruar një ulje uniforme të rrymës në të gjithë zonën e strukturës gjysmëpërçuese kur pajisja është e fikur.

Shtresa bazë p, përkundër faktit se është bërë si një njësi e vetme, ka një numër të madh kontaktesh të elektrodës së kontrollit (përafërsisht të barabartë me numrin e qelizave të katodës), gjithashtu të shpërndara në mënyrë uniforme në zonë dhe të lidhura paralelisht. Shtresa bazë n është bërë në mënyrë të ngjashme me shtresën përkatëse të një tiristori konvencional.

Shtresa e anodës p ka shunts (zona n) që lidhin bazën n me kontaktin e anodës përmes rezistencave të vogla të shpërndara. Shantet e anodës përdoren në tiristorët që nuk kanë aftësi bllokuese të kundërt. Ato janë krijuar për të reduktuar kohën e fikjes së pajisjes duke përmirësuar kushtet për nxjerrjen e ngarkesave nga rajoni bazë n.

Dizajni kryesor i tiristorëve GTO është një lloj peleti me një meshë silikoni me katër shtresa të vendosura përmes disqeve të molibdenit kompensues termikisht midis dy bazave të bakrit me përçueshmëri të rritur termike dhe elektrike. Një elektrodë kontrolli që ka një dalje në një kuti qeramike, kontakton vaferën e silikonit. Pajisja mbërthehet nga sipërfaqet e kontaktit midis dy gjysmave të ftohësve të izoluar nga njëra-tjetra dhe që kanë një dizajn të përcaktuar nga lloji i sistemit të ftohjes.

Parimi i funksionimit

Ekzistojnë katër faza në ciklin e funksionimit të tiristorit GTO: ndezja, gjendja përcjellëse, fikja dhe gjendja e bllokimit.

Në një seksion skematik të strukturës së tiristorit (Fig. 1b), terminali i poshtëm i strukturës është anoda. Anoda është në kontakt me shtresën p. Pastaj nga poshtë lart janë: shtresa bazë n, shtresa bazë p (që ka një prizë elektrodë kontrolli), shtresa n në kontakt të drejtpërdrejtë me plumbin katodë. Katër shtresa formojnë tre kryqëzime p-n: j1 ndërmjet shtresave p dhe n; j2 midis shtresave n dhe p; j3 midis shtresave p dhe n.

Faza 1- përfshirje. Kalimi i strukturës së tiristorit nga gjendja e bllokimit në gjendjen përcjellëse (ndezja) është e mundur vetëm kur aplikohet një tension i drejtpërdrejtë midis anodës dhe katodës. Kalimet j1 dhe j3 zhvendosen në drejtimin përpara dhe nuk pengojnë kalimin e transportuesve të ngarkesës. I gjithë voltazhi aplikohet në kryqëzimin e mesëm j2, i cili ka një anim të kundërt. Pranë tranzicionit j2, formohet një zonë që është e varfëruar në transportuesit e ngarkesës, e cila quhet rajoni i ngarkesës hapësinore. Për të ndezur tiristorin GTO, një tension i polaritetit pozitiv U G aplikohet në elektrodën e kontrollit dhe katodën përmes qarkut të kontrollit (dalja "+" në shtresën p). Si rezultat, rryma e ndezjes I G rrjedh nëpër qark.

Tiristorët e mbërthyer vendosin kërkesa të rrepta për kohën e rritjes dIG/dt dhe amplituda e rrymës së kontrollit IGM. Nëpërmjet kalimit j3, përveç rrymës së rrjedhjes, fillon të rrjedhë edhe rryma e ndezjes I G. Elektronet që krijojnë këtë rrymë do të injektohen nga shtresa n në shtresën p. Më tej, disa prej tyre do të transferohen nga fusha elektrike e tranzicionit bazë j2 në shtresën n.

Njëkohësisht, kundër-injektimi i vrimave nga shtresa p në shtresën n dhe më tej në shtresën p do të rritet, d.m.th. do të ketë një rritje të rrymës së krijuar nga transportuesit e tarifave minoritare.

Rryma totale që kalon nëpër tranzicionin bazë j2 tejkalon rrymën e ndezjes, hapet tiristori, pas së cilës transportuesit e ngarkesës do të kalojnë lirshëm nëpër të katër rajonet e tij.

Faza 2- gjendje përcjellëse. Në modalitetin e rrjedhës së rrymës së drejtpërdrejtë, nuk ka nevojë për rrymë kontrolli I G nëse rryma në qarkun e anodës tejkalon rrymën mbajtëse. Sidoqoftë, në praktikë, në mënyrë që të gjitha strukturat e tiristorit të fiken të jenë vazhdimisht në gjendje përcjellëse, është ende e nevojshme të ruhet rryma e parashikuar për një regjim të caktuar të temperaturës. Kështu, gjatë gjithë kohës së ndezjes dhe gjendjes së përcjelljes, sistemi i kontrollit gjeneron një impuls aktual të polaritetit pozitiv.

Në gjendjen përcjellëse, të gjitha zonat e strukturës gjysmëpërçuese sigurojnë lëvizje uniforme të transportuesve të ngarkesës (elektrone nga katoda në anodë, vrima në drejtim të kundërt). Rryma e anodës rrjedh nëpër kryqëzimet j1, j2 dhe rryma totale e anodës dhe elektrodës së kontrollit rrjedh nëpër kryqëzimin j3.

Faza 3- fike. Për të fikur tiristorin GTO me një polaritet të tensionit konstant U T (shih Fig. 3), një tension me polaritet negativ UGR aplikohet në elektrodën e kontrollit dhe katodën përmes qarkut të kontrollit. Shkakton një rrymë fikjeje, rrjedha e së cilës çon në resorbimin e bartësve kryesorë të ngarkesës (vrimave) në shtresën bazë p. Me fjalë të tjera, ekziston një rikombinim i vrimave që hynë në shtresën p nga shtresa bazë n dhe elektroneve që hynë në të njëjtën shtresë përmes elektrodës së kontrollit.

Ndërsa kryqëzimi bazë j2 lirohet prej tyre, tiristori fillon të fiket. Ky proces karakterizohet nga një rënie e mprehtë e rrymës së përparme I T të tiristorit gjatë një periudhe të shkurtër kohore në një vlerë të vogël I TQT (shih Fig. 2). Menjëherë pas bllokimit të tranzicionit bazë j2, tranzicioni j3 fillon të mbyllet, megjithatë, për shkak të energjisë së ruajtur në induktivitetin e qarqeve të kontrollit, ai mbetet në një gjendje të hapur për ca kohë.

Oriz. 2. Grafikët e ndryshimit të rrymës së anodës (iT) dhe elektrodës së kontrollit (iG)

Pasi të përdoret e gjithë energjia e ruajtur në induktivitetin e qarkut të kontrollit, kryqëzimi j3 në anën e katodës bllokohet plotësisht. Nga kjo pikë e tutje, rryma përmes tiristorit është e barabartë me rrymën e rrjedhjes që rrjedh nga anoda në katodë përmes qarkut të elektrodës së kontrollit.

Procesi i rikombinimit dhe, rrjedhimisht, fikja e tiristorit të mbyllur varet kryesisht nga pjerrësia e dIGQ/dt të përparme dhe amplituda I GQ e rrymës së kontrollit të kundërt. Për të siguruar pjerrësinë dhe amplituda e kërkuar e kësaj rryme, duhet të aplikohet një tension UG në elektrodën e kontrollit, i cili nuk duhet të kalojë vlerën e lejuar për kalimin j3.

Faza 4- gjendja e bllokimit Në modalitetin e gjendjes së bllokimit, një tension i polaritetit negativ U GR nga njësia e kontrollit mbetet i aplikuar në elektrodën e kontrollit dhe katodën. Rryma totale I GR rrjedh nëpër qarkun e kontrollit, i përbërë nga rryma e rrjedhjes së tiristorit dhe rryma e kontrollit të kundërt që kalon nëpër kryqëzimin j3. Tranzicioni j3 zhvendoset në drejtim të kundërt. Kështu, në tiristorin GTO, i cili është në gjendjen e bllokimit përpara, dy kryqëzime (j2 dhe j3) janë të njëanshme të kundërt dhe formohen dy rajone të ngarkesës hapësinore.

Gjatë gjithë kohës së mbylljes dhe gjendjes së bllokimit, sistemi i kontrollit gjeneron një puls polariteti negativ.

Qarqet mbrojtëse

Përdorimi i tiristorëve GTO kërkon përdorimin e qarqeve speciale mbrojtëse. Ato rrisin peshën dhe dimensionet, koston e konvertuesit, ndonjëherë kërkojnë pajisje shtesë ftohëse, por ato janë të nevojshme për funksionimin normal të pajisjeve.

Qëllimi i çdo qarku mbrojtës është të kufizojë shkallën e goditjes së njërit prej dy parametrave të energjisë elektrike kur kaloni një pajisje gjysmëpërçuese. Në këtë rast, kondensatorët e qarkut mbrojtës CB (Fig. 3) lidhen paralelisht me pajisjen e mbrojtur T. Ata kufizojnë shpejtësinë e rritjes së tensionit përpara dUT/dt kur tiristori është i fikur.

Induktorët LE janë instaluar në seri me pajisjen T. Ata kufizojnë shkallën e rritjes së rrymës përpara dIT / dt kur tiristori është i ndezur. Vlerat e dUT/dt dhe dIT/dt për secilën pajisje janë normalizuar, ato tregohen në librat e referencës dhe të dhënat e pasaportës për pajisjet.

Oriz. 3. Diagrami i qarkut mbrojtës

Përveç kondensatorëve dhe mbytjeve, elementë shtesë përdoren në qarqet mbrojtëse për të siguruar shkarkimin dhe ngarkimin e elementeve reaktive. Këto përfshijnë: një diodë DВ, e cila largon rezistencën RB kur tiristori T është i fikur dhe kondensatori CB është i ngarkuar, rezistenca RB, e cila kufizon rrymën e shkarkimit të kondensatorit CB kur tiristori T është i ndezur.

Sistemi I kontrollit

Sistemi i kontrollit (CS) përmban blloqet funksionale të mëposhtme: duke përfshirë një qark të përbërë nga një qark për gjenerimin e një impulsi zhbllokues dhe një burim sinjali për mbajtjen e tiristorit në gjendje të hapur; bllokimi i qarkut të gjenerimit të sinjalit; qark për të mbajtur tiristorin të mbyllur.

Jo të gjitha llojet e sistemeve të kontrollit kanë nevojë për të gjitha blloqet e listuara, por çdo sistem kontrolli duhet të përmbajë qarqet për gjenerimin e pulseve të zhbllokimit dhe bllokimit. Në këtë rast, është e nevojshme të sigurohet izolimi galvanik i qarkut të kontrollit dhe qarku i fuqisë së tiristorit që do të fiket.

Për të kontrolluar funksionimin e tiristorit që do të fiket, përdoren dy sisteme kryesore të kontrollit, të cilat ndryshojnë në metodat e furnizimit të një sinjali në elektrodën e kontrollit. Në rastin e treguar në Fig. 4, sinjalet e gjeneruara nga blloku logjik St i nënshtrohen izolimit galvanik (ndarja e mundshme), pas së cilës ato futen përmes çelësave SE dhe SA në elektrodën e kontrollit të tiristorit T që do të fiket. Në rastin e dytë, sinjalet fillimisht veprojnë në çelsat SE (ndezur) dhe SA (off), të cilët janë nën të njëjtin potencial si SU, pastaj përmes pajisjeve të izolimit galvanik UE dhe UA futen në elektrodën e kontrollit.

Në varësi të vendndodhjes së çelësave SE dhe SA, dallohen skemat e kontrollit me potencial të ulët (NPSU) dhe me potencial të lartë (VPSU, Fig. 4).

Oriz. 4. Opsioni i qarkut të kontrollit

Sistemi i kontrollit NPCS është strukturalisht më i thjeshtë se VPSU, por aftësitë e tij janë të kufizuara për sa i përket gjenerimit të sinjaleve të kontrollit me kohëzgjatje të gjatë që veprojnë në modalitetin e rrjedhës së rrymës direkte përmes tiristorit të rrymës direkte, si dhe në sigurimin e pjerrësisë së pulseve të kontrollit. Për formimin e sinjaleve me kohëzgjatje të gjatë, është e nevojshme të përdoren qarqe më të shtrenjta shtytje-tërheqëse.

Në VPSU, pjerrësia e lartë dhe kohëzgjatja e rritur e sinjalit të kontrollit arrihen më lehtë. Për më tepër, këtu sinjali i kontrollit përdoret plotësisht, ndërsa në NPSU vlera e tij është e kufizuar nga një pajisje ndarëse e mundshme (për shembull, një transformator pulsi).

Një sinjal informacioni - një komandë për t'u ndezur ose fikur - zakonisht futet në qark përmes një konverteri optoelektronik.

Tiristorët

Në mesin e viteve 1990, ABB dhe Mitsubishi zhvilluan një lloj të ri të Gate Thyristor Commutated (GCT). Në fakt, GCT është një përmirësim i mëtejshëm i GTO, ose modernizimi i tij. Sidoqoftë, një dizajn thelbësisht i ri i elektrodës së kontrollit, si dhe procese dukshëm të ndryshme që ndodhin kur pajisja fiket, e bëjnë të arsyeshme ta konsideroni atë.

GCT u krijua për të qenë i lirë nga disavantazhet e GTO, kështu që së pari duhet të adresojmë problemet që lindin gjatë përdorimit të GTO.

Disavantazhi kryesor i GTO është humbjet e mëdha të energjisë në qarqet mbrojtëse të pajisjes gjatë ndërrimit të saj. Rritja e frekuencës rrit humbjet, prandaj, në praktikë, tiristorët GTO ndërrohen në një frekuencë jo më shumë se 250-300 Hz. Humbjet kryesore ndodhin në rezistencën RB (shih Fig. 3) kur tiristori T fiket dhe, rrjedhimisht, kondensatori CB shkarkohet.

Kondensatori CB është projektuar për të kufizuar shkallën e rritjes së tensionit përpara du/dt kur pajisja është e fikur. Duke e bërë tiristorin të pandjeshëm ndaj efektit du / dt, ishte e mundur që të braktisej qarku snubber (qarku i formimit të rrugës së kalimit), i cili u zbatua në modelin GCT.

Veçori e kontrollit dhe projektimit

Karakteristika kryesore e tiristorëve GCT, në krahasim me pajisjet GTO, është një mbyllje e shpejtë, e cila arrihet si duke ndryshuar parimin e kontrollit ashtu edhe duke përmirësuar dizajnin e pajisjes. Fikja e shpejtë zbatohet duke e kthyer strukturën e tiristorit në një tranzistor kur pajisja është e fikur, gjë që e bën pajisjen të pandjeshme ndaj efektit du / dt.

GCT në fazat ndezëse, përcjellëse dhe bllokuese kontrollohet në të njëjtën mënyrë si GTO. Kur është i fikur, kontrolli GCT ka dy veçori:

• rryma e kontrollit Ig është e barabartë ose më e madhe se rryma e anodës Ia (për tiristorët GTO Ig është 3 deri në 5 herë më pak);
• elektroda e kontrollit ka një induktivitet të ulët, gjë që bën të mundur arritjen e një shpejtësie të gërmimit/dt të rrymës së kontrollit prej 3000 A/µs ose më shumë (për tiristorët GTO, vlera dig/dt është 30-40 A/µs).

Oriz. Fig. 5. Shpërndarja e rrymave në strukturën e tiristorit GCT kur fiket

Në fig. 5 tregon shpërndarjen e rrymave në strukturën e tiristorit GCT kur pajisja është e fikur. Siç u tha, procesi i ndezjes është i ngjashëm me ndezjen e tiristorëve GTO. Procesi i mbylljes është i ndryshëm. Pas aplikimit të një impulsi kontrolli negativ (-Ig) të barabartë në amplitudë me rrymën e anodës (Ia), e gjithë rryma direkte që kalon përmes pajisjes devijohet në sistemin e kontrollit dhe arrin në katodë, duke anashkaluar kalimin j3 (midis rajoneve p dhe n ). Lidhja j3 është e anasjelltë dhe transistori katodik npn fiket. Fikja e mëtejshme e GCT është e ngjashme me fikjen e çdo transistori bipolar, i cili nuk kërkon një kufizues të jashtëm të shpejtësisë së lëvizjes dv/dt dhe për këtë arsye lejon mungesën e një qarku snubber.

Ndryshimi në modelin e GCT është për shkak të faktit se proceset dinamike që ndodhin në pajisje kur fiket, vazhdojnë një ose dy rend të madhësisë më shpejt sesa në GTO. Pra, ndërsa koha minimale e fikjes dhe e bllokimit për GTO është 100 µs, për GCT kjo vlerë nuk i kalon 10 µs. Shpejtësia e lëvizjes së rrymës së kontrollit kur GCT është e fikur është 3000 A/µs, GTO nuk i kalon 40 A/µs.

Për të siguruar dinamikë të lartë të proceseve të kalimit, ne ndryshuam modelin e daljes së elektrodës së kontrollit dhe lidhjen e pajisjes me formësuesin e pulsit të sistemit të kontrollit. Dalja është bërë unazore, duke rrethuar pajisjen rreth perimetrit. Unaza kalon nëpër trupin qeramik të tiristorit dhe kontaktet: brenda me qelizat e elektrodës së kontrollit; jashtë - me një pllakë që lidh elektrodën e kontrollit me formësuesin e pulsit.

Tani tiristorët GTO prodhohen nga disa kompani të mëdha në Japoni dhe Evropë: "Toshiba", "Hitachi", "Mitsubishi", "ABB", "Eupec". Parametrat e tensionit të pajisjes UDRM: 2500 V, 4500 V, 6000 V; ITGQM aktuale (rryma maksimale e fikjes së përsëritur): 1000 A, 2000 A, 2500 A, 3000 A, 4000 A, 6000 A.

Tiristorët GCT prodhohen nga Mitsubishi dhe ABB. Pajisjet janë të dizajnuara për tension UDRM deri në 4500 V dhe rrymë ITGQM deri në 4000 A.

Aktualisht, tiristorët GCT dhe GTO janë zotëruar në ndërmarrjen ruse OAO Elektrovypryamitel (Saransk). ) dhe të tjerë me diametër mesh prej silikoni deri në 125 mm dhe diapazonin e tensionit UDRM 1200 - 6000 V dhe rryma ITGQM 630 - 4000 A.

Paralelisht me tiristorët e kyçur dhe për përdorim në kombinim me ta, S.A. Elektrovypryamitel zhvilloi dhe vuri në prodhim serik dioda me rikuperim të shpejtë për qarqet amortizuese (snubber) dhe diodat e rrymës së kundërt, si dhe një tranzistor të fuqishëm pulsi për fazat e daljes së kontrollit. shoferi (sistemi i kontrollit).

Tiristorët IGCT

Falë konceptit të kontrollit të fortë (rregullimi i imët i profileve të aliazhit, teknologjia mesa, rrezatimi i protoneve dhe elektroneve për të krijuar një shpërndarje të veçantë të qendrave të rikombinimit të kontrolluar, teknologjia e të ashtuquajturve emetues transparent ose të hollë, përdorimi i një shtrese tampon në rajoni i bazës n, etj.), Ishte e mundur të arrihet një përmirësim i ndjeshëm në karakteristikat e GTO kur ishte i fikur. Përparimi tjetër i madh në teknologjinë Hard Driven GTO (HD GTO) për sa i përket pajisjes, kontrollit dhe aplikimit ishte ideja e pajisjeve të drejtuara të bazuara në Thyristorin e ri të Integruar Gate-Commutated (IGCT). Falë teknologjisë së kontrollit të fortë, ndërrimi uniform rrit zonën e sigurt të funksionimit të IGCT në kufijtë e kufizuar nga orteku, d.m.th. ndaj aftësive fizike të silikonit. Nuk kërkohen qarqe mbrojtëse du/dt. Kombinimi me performancën e përmirësuar të humbjes së energjisë ka hapur aplikacione të reja në gamën e kilohertz. Fuqia e nevojshme për drejtimin e automjetit zvogëlohet me një faktor prej 5 në krahasim me GTO-të standarde, kryesisht për shkak të dizajnit transparent të anodës. Një familje e re instrumentesh IGCT, me dioda monolitike të integruara me fuqi të lartë, është zhvilluar për aplikime në rangun 0,5 - 6 MVA. Me fizibilitetin teknik ekzistues të lidhjes serike dhe paralele, pajisjet IGCT lejojnë rritjen e nivelit të fuqisë në disa qindra megavolt - amper.

Me një njësi kontrolli të integruar, rryma e katodës zvogëlohet përpara se tensioni i anodës të fillojë të rritet. Kjo arrihet për shkak të induktivitetit shumë të ulët të qarkut të portës që realizohet nga lidhja koaksiale e elektrodës së portës në kombinim me tabelën e njësisë së kontrollit me shumë shtresa. Si rezultat, u bë e mundur të arrihet vlera e shkallës së rrymës së fikur prej 4 kA/μs. Me tension kontrollues UGK=20 V. kur rryma e katodës bëhet zero, rryma e mbetur e anodës kalon në njësinë e kontrollit, e cila në atë moment ka rezistencë të ulët. Për shkak të kësaj, konsumi i energjisë i njësisë së kontrollit minimizohet.

Duke punuar me kontrollin "e vështirë", tiristori kalon nga gjendja p-n-p-n në modalitetin p-n-p në 1 μs kur fiket. Mbyllja ndodh tërësisht në modalitetin e tranzistorit, duke eliminuar çdo mundësi të një efekti shkas.

Zvogëlimi i trashësisë së pajisjes arrihet duke përdorur një shtresë tampon në anën e anodës. Shtresa buferike e gjysmëpërçuesve të fuqisë përmirëson performancën e elementeve tradicionale duke reduktuar trashësinë e tyre me 30% me të njëjtin tension të avancimit përpara. Avantazhi kryesor i elementeve të hollë është përmirësimi i karakteristikave teknologjike me humbje të ulëta statike dhe dinamike. Një shtresë e tillë tampon në një pajisje me katër shtresa kërkon eliminimin e pantallonave të shkurtra të anodës, duke ruajtur lirimin efikas të elektronit gjatë fikjes. IGCT i ri kombinon një shtresë tampon me një emetues anode transparent. Anoda transparente është një kryqëzim p-n me efikasitet të emetuesit të kontrolluar aktual.

Për imunitet dhe kompaktësi maksimale ndaj zhurmës, njësia e kontrollit rrethon IGCT, duke formuar një strukturë të vetme me ftohësin dhe përmban vetëm atë pjesë të qarkut që është e nevojshme për të kontrolluar drejtpërdrejt IGCT. Si rezultat, numri i elementeve të njësisë së kontrollit zvogëlohet, parametrat e shpërndarjes së nxehtësisë, mbingarkesat elektrike dhe termike zvogëlohen. Prandaj, kostoja e njësisë së kontrollit dhe shkalla e dështimit gjithashtu zvogëlohen ndjeshëm. IGCT, me kutinë e tij të integruar të kontrollit, futet në modul lehtësisht dhe me saktësi lidhet me furnizimin me energji dhe burimin e sinjalit të kontrollit nëpërmjet fibrës optike. Duke hapur thjesht sustën, falë një sistemi të përpunuar kontakti me presion, forca e duhur e presionit zbatohet në IGCT, duke krijuar kontakt elektrik dhe termik. Kështu, arrihet lehtësia maksimale e montimit dhe besueshmëria më e madhe. Kur përdorni një IGCT pa një snubber, rrota e lirë duhet gjithashtu të funksionojë pa një snubber. Këto kërkesa plotësohen nga një diodë kapëse me fuqi të lartë, me performancë të lartë, e prodhuar duke përdorur një proces rrezatimi të kombinuar me proceset klasike. Aftësia për të siguruar di / dt përcaktohet nga funksionimi i diodës (shih Fig. 6).

Oriz. 6. Diagrami i thjeshtuar i një inverteri trefazor në IGCT

Prodhuesi kryesor i IGCT-ve është ABB Parametrat e tensionit të tiristorit U DRM: 4500 V, 6000 V; ITGQM aktuale: 3000 A, 4000 A.

konkluzioni

Zhvillimi i shpejtë në fillim të viteve '90 të teknologjisë së tranzistorit të energjisë çoi në shfaqjen e një klase të re pajisjesh - transistorët bipolarë të portës së izoluar (IGBT - Transistorët Bipolarë të Portës së izoluar). Përparësitë kryesore të IGBT-ve janë frekuencat e larta të funksionimit, efikasiteti, thjeshtësia dhe kompaktësia e qarqeve të kontrollit (për shkak të rrymës së ulët të kontrollit).

Shfaqja në vitet e fundit e IGBT-ve me tension operativ deri në 4500 V dhe aftësinë për të ndërruar rrymat deri në 1800 A ka çuar në zhvendosjen e tiristorëve të fikjes (GTO) në pajisjet me fuqi deri në 1 MW dhe tension deri në 3.5 kV.

Sidoqoftë, pajisjet e reja IGCT, të afta të funksionojnë në frekuencat e kalimit nga 500 Hz në 2 kHz dhe me performancë më të lartë se transistorët IGBT, kombinojnë kombinimin optimal të teknologjive të provuara të tiristorit me humbjet e tyre të ulëta të qenësishme dhe teknologjinë e fikjes pa pengesa, shumë efikase. duke vepruar në elektrodën e kontrollit. IGCT sot është zgjidhja ideale për aplikime në elektronikën e tensionit të mesëm dhe të lartë.

Karakteristikat e çelsave të fuqisë moderne me ngrohje të dyanshme janë dhënë në Tabelën. 1.

Tabela 1. Karakteristikat e çelsave moderne të fuqisë së lartë me ngrohje të dyanshme

Lloji i pajisjes	Përparësitë	Të metat	Zonat e përdorimit
Tiristor tradicional (SCR)	Humbja më e ulët në shtet. Kapaciteti më i lartë i mbingarkesës. Besueshmëri e lartë. Lehtë për t'u lidhur paralelisht dhe në seri.	Nuk mund të mbyllet me forcë në elektrodën e kontrollit. Frekuencë e ulët e funksionimit.	makinë DC; furnizime të fuqishme me energji elektrike; saldim; shkrirja dhe ngrohja; kompensues statik; Çelësat AC
GTO	Aftësia për të kontrolluar bllokimin. Kapacitet relativisht i lartë i mbingarkesës. Mundësia e lidhjes serike. Frekuenca operimi deri në 250 Hz në tensione deri në 4 kV.	Humbje të larta në shtet. Humbje shumë të mëdha në sistemin e kontrollit. Sisteme të sofistikuara kontrolli dhe furnizimi me energji për potencialin. Humbje të mëdha ndërrimi.	Makinë elektrike; kompensues statik, fuqia reaktive; sistemet e furnizimit me energji të pandërprerë, ngrohje me induksion
IGCT	Aftësia për të kontrolluar bllokimin. Kapaciteti i mbingarkesës është i njëjtë me GTO. Humbje të ulëta të ndërrimit në gjendje. Frekuenca e funksionimit - deri në njësi, kHz. Njësia e integruar e kontrollit (shofer). Mundësia e lidhjes serike.	Nuk është identifikuar për shkak të mungesës së përvojës operative	Burime të fuqishme të energjisë (nënstacionet inverter dhe ndreqës të linjave të transmetimit DC); makinë elektrike (invertorët e tensionit për konvertuesit e frekuencës dhe disqet elektrike për qëllime të ndryshme)
IGBT	Aftësia për të kontrolluar bllokimin. Frekuenca më e lartë e funksionimit (deri në 10 kHz). Një sistem i thjeshtë kontrolli me energji intensive. Shofer i integruar.	Humbje shumë të larta në shtet.	Makinë elektrike (helikopterë); sistemet e pandërprerë të energjisë; kompensatorë statikë dhe filtra aktivë; furnizimet kryesore me energji elektrike

Përmbajtja:

Zbulimi i vetive të tranzicioneve gjysmëpërçuese me të drejtë mund të quhet një nga më të rëndësishmet në shekullin e njëzetë. Si rezultat, u shfaqën pajisjet e para gjysmëpërçuese - diodat dhe transistorët. Si dhe skemat në të cilat kanë gjetur aplikim. Një nga këto qarqe është lidhja e dy transistorëve bipolarë të llojeve të kundërta - p-n-p c n-p-n. Kjo skemë tregohet më tej në imazhin (b). Ai ilustron se çfarë është një tiristor dhe si funksionon. Ka reagime pozitive. Si rezultat, çdo transistor rrit vetitë amplifikuese të tranzistorit tjetër.

Ekuivalenti i tranzistorit

Në këtë rast, çdo ndryshim në përçueshmërinë e transistorëve në çdo drejtim rritet si një ortek dhe përfundon me një nga gjendjet kufitare. Ata janë ose të kyçur ose të zhbllokuar. Ky efekt quhet shkas. Dhe me zhvillimin e mikroelektronikës, të dy transistorët u kombinuan në 1958 në një substrat, duke përgjithësuar tranzicionet me të njëjtin emër. Si rezultat, u shfaq një pajisje e re gjysmëpërçuese, e quajtur tiristor. Parimi i funksionimit të tiristorit bazohet në bashkëveprimin e dy transistorëve. Si rezultat i kombinimit të tranzicioneve, ai ka të njëjtin numër prizash si transistori (a).

Në diagram, elektroda e kontrollit është baza e tranzistorit të strukturës n-p-n. Është rryma bazë e tranzistorit që ndryshon përçueshmërinë midis kolektorit dhe emetuesit të tij. Por kontrolli mund të kryhet edhe në bazë p-n-p tranzistor. Kjo është pajisja e tiristorit. Zgjedhja e një elektrode kontrolli përcaktohet nga veçoritë e saj, duke përfshirë detyrat e kryera. Për shembull, disa prej tyre nuk përdorin fare sinjale kontrolli. Pra, pse të përdorni elektroda kontrolli...

Dinistor

Këto janë detyra ku përdoren lloje të tiristorëve me dy elektroda - dinistorë. Ata kanë rezistorë të lidhur me emetuesin dhe bazën e secilit transistor. Më tej në diagram, këto janë R1 dhe R3. Për çdo pajisje elektronike ka kufizime në madhësinë e tensionit të aplikuar. Prandaj, deri në një vlerë të caktuar, rezistorët e përmendur e mbajnë secilin nga transistorët në gjendje të kyçur. Por me një rritje të mëtejshme të tensionit, rrymat e rrjedhjes shfaqen përmes kryqëzimeve kolektor-emetues.

Ato merren nga reagimet pozitive, dhe të dy transistorët, domethënë dinistori, janë të zhbllokuar. Për ata që dëshirojnë të eksperimentojnë, një imazh me një qark dhe vlerat e komponentëve është paraqitur më poshtë. Mund ta mbledhni dhe të kontrolloni vetitë e punës. Le t'i kushtojmë vëmendje rezistencës R2, e cila ndryshon në zgjedhjen e vlerës së dëshiruar. Ai plotëson efektin e rrjedhjes dhe, në përputhje me rrethanat, tensionin e udhëtimit. Prandaj, një dinistor është një tiristor, parimi i funksionimit të të cilit përcaktohet nga madhësia e tensionit të furnizimit. Nëse është relativisht i madh, do të ndizet. Natyrisht, është gjithashtu interesante të dini se si ta fikni atë.

Vështirësitë e mbylljes

Fikja e tiristorëve ishte, siç thonë ata, e vështirë. Për këtë arsye, për një kohë mjaft të gjatë, llojet e tiristorëve u kufizuan vetëm në dy strukturat e përmendura më sipër. Deri në mesin e viteve nëntëdhjetë të shekullit të njëzetë, përdoreshin vetëm këto dy lloje tiristorësh. Fakti është se fikja e tiristorit mund të ndodhë vetëm kur një prej transistorëve është i fikur. Dhe për një kohë të caktuar. Përcaktohet nga shkalla e zhdukjes së tarifave që korrespondojnë me tranzicionin e hapur. Mënyra më e besueshme për të "gozhduar" këto ngarkesa është ndërprerja e plotë e rrymës që rrjedh nëpër tiristor.

Shumica prej tyre punojnë në këtë mënyrë. Jo në rrymë të drejtpërdrejtë, por në një të korrigjuar, që korrespondon me tensionin pa filtrim. Ndryshon nga zero në vlerën e amplitudës, dhe pastaj zvogëlohet përsëri në zero. Dhe kështu me radhë, sipas frekuencës së tensionit të alternuar që korrigjohet. Në një moment të caktuar midis vlerave të tensionit zero, një sinjal dërgohet në elektrodën e kontrollit dhe tiristori zhbllokohet. Dhe kur voltazhi kalon nga zero, ai mbyllet përsëri.

Për ta fikur në tension dhe rrymë konstante, në të cilën nuk ka vlerë zero, nevojitet një shant që funksionon për një kohë të caktuar. Në versionin më të thjeshtë, ky është ose një buton i lidhur me anodën dhe katodën, ose i lidhur në seri. Nëse pajisja është e shkyçur, ka një tension të mbetur në të. Duke shtypur butonin, ai rivendoset në zero dhe rryma që kalon nëpër të ndalet. Por nëse butoni nuk përmban një pajisje të veçantë dhe kontaktet e tij hapen, tiristori me siguri do të ndizet përsëri.

Kjo pajisje duhet të jetë një kondensator i lidhur paralelisht me tiristorin. Kufizon shkallën e rritjes së tensionit në pajisje. Ky parametër është më i keqi kur përdorni këto pajisje gjysmëpërçuese, pasi frekuenca e funksionimit me të cilën tiristori është në gjendje të ndërrojë ngarkesën zvogëlohet, dhe, në përputhje me rrethanat, fuqia e kalimit. Ky fenomen ndodh për shkak të kapaciteteve të brendshme karakteristike të secilit prej modeleve të këtyre pajisjeve gjysmëpërçuese.

Dizajni i çdo pajisjeje gjysmëpërçuese formon në mënyrë të pashmangshme një grup kondensatorësh. Sa më shpejt të rritet tensioni, aq më të mëdha janë rrymat që i ngarkojnë ato. Për më tepër, ato ndodhin në të gjitha elektrodat. Nëse një rrymë e tillë në elektrodën e kontrollit tejkalon një vlerë të caktuar pragu, tiristori do të ndizet. Prandaj, parametri dU/dt jepet për të gjitha modelet.

• Fikja e tiristorit, si rezultat i kalimit të tensionit të furnizimit përmes zeros, quhet natyral. Pjesa tjetër e opsioneve të mbylljes quhen të detyruara ose artificiale.

Shumëllojshmëria e gamës së modeleve

Këto opsione ndërrimi i ndërlikojnë çelsat e tiristorit dhe ulin besueshmërinë e tyre. Por zhvillimi i varietetit të tiristorit doli të ishte shumë i frytshëm.

Në kohën tonë, prodhimi industrial i një numri të madh të varieteteve të tiristorëve është zotëruar. Shtrirja e tyre nuk është vetëm qarqet e fuqishme të fuqisë (në të cilat mbyllen dhe diodë tiristor, triac), por edhe qarqet e kontrollit (dinistor, optothyristor). Tiristori në diagram është paraqitur siç tregohet më poshtë.

Midis tyre ka modele në të cilat tensionet dhe rrymat e funksionimit janë më të mëdhatë midis të gjitha pajisjeve gjysmëpërçuese. Meqenëse furnizimi me energji industriale është i paimagjinueshëm pa transformatorë, roli i tiristorëve në zhvillimin e mëtejshëm të tij është thelbësor. Modelet e kyçshme me frekuencë të lartë në inverterë sigurojnë formimin e një tensioni të alternuar. Në këtë rast, vlera e tij mund të arrijë 10 kV me një frekuencë prej 10 kilohertz me një forcë aktuale prej 10 kA. Në të njëjtën kohë, dimensionet e transformatorëve zvogëlohen disa herë.

Ndezja dhe fikja e tiristorit të kyçur ndodh vetëm nga ndikimi në elektrodën e kontrollit me sinjale speciale. Polariteti korrespondon me strukturën specifike të kësaj pajisjeje elektronike. Ky është një nga varietetet më të thjeshta, i referuar si GTO. Përveç tij, përdoren tiristorë më kompleksë të kyçur me struktura kontrolli të integruara. Këto modele quhen GCT dhe gjithashtu IGCT. Përdorimi i transistorëve me efekt në terren në këto struktura i klasifikon tiristorët me porta si pjesë e familjes së pajisjeve MCT.

Ne u përpoqëm ta bëjmë rishikimin tonë informativ jo vetëm për vizitorët e lexuar mirë në faqen tonë, por edhe për bedelet. Tani që jemi njohur me mënyrën se si funksionon një tiristor, mund ta përdorim këtë njohuri në praktikë. Për shembull, në një riparim të thjeshtë të pajisjeve elektrike shtëpiake. Gjëja kryesore - duke u larguar nga puna, mos harroni për sigurinë!

Për të kuptuar se si funksionon qarku, duhet të dini veprimin dhe qëllimin e secilit prej elementeve. Në këtë artikull, ne do të shqyrtojmë parimin e funksionimit të tiristorit, llojet dhe mënyrat e ndryshme të funksionimit, karakteristikat dhe llojet. Ne do të përpiqemi të shpjegojmë gjithçka sa më qartë që të jetë e mundur në mënyrë që të jetë e kuptueshme edhe për fillestarët.

Një tiristor është një element gjysmëpërçues që ka vetëm dy gjendje: "i hapur" (kalon rryma) dhe "i mbyllur" (pa rrymë). Për më tepër, të dy shtetet janë të qëndrueshme, domethënë, tranzicioni ndodh vetëm në kushte të caktuara. Ndërrimi në vetvete është shumë i shpejtë, megjithëse jo i menjëhershëm.

Nga mënyra se si funksionon, mund të krahasohet me një çelës ose një çelës. Thjesht tiristori ndizet me ndihmën e tensionit dhe fiket nga humbja e rrymës ose heqja e ngarkesës. Pra, parimi i funksionimit të tiristorit është i lehtë për t'u kuptuar. Mund ta imagjinoni si një çelës me kontroll elektrik. Po, jo në të vërtetë.

Tiristori zakonisht ka tre dalje. Një kontroll dhe dy nëpër të cilët rrjedh rryma. Mund të përpiqeni të përshkruani shkurtimisht parimin e funksionimit. Kur aplikohet tension në daljen e kontrollit, qarku kalon përmes kolektorit të anodës. Kjo do të thotë, është i krahasueshëm me një transistor. Dallimi i vetëm është se për një transistor, sasia e rrymës së kaluar varet nga tensioni i aplikuar në daljen e kontrollit. Një tiristor është ose plotësisht i hapur ose i mbyllur plotësisht.

Pamja e jashtme

Pamja e tiristorit varet nga data e prodhimit të tij. Elemente të kohës së Bashkimit Sovjetik - metal, në formën e një "disk fluturues" me tre plumba. Dy përfundime - katoda dhe elektroda e kontrollit - janë të vendosura në "poshtë" ose "kapak" (kjo është në cilën anë duhet parë). Për më tepër, elektroda e kontrollit është më e vogël në madhësi. Anoda mund të jetë në anën e kundërt të katodës, ose të dalë anash nga poshtë rondele që është në kasë.

Dy lloje të tiristorëve - moderne dhe sovjetike, përcaktimi në diagrame

Tiristorët modernë duken ndryshe. Është një drejtkëndësh i vogël plastik me një pllakë metalike sipër dhe tre kunja në fund. Në versionin modern, ekziston një shqetësim: duhet të shikoni në përshkrimin se cili nga përfundimet është anoda, ku janë katoda dhe elektroda e kontrollit. Si rregull, e para është anoda, pastaj katoda dhe e djathta e skajshme është elektroda. Por kjo është zakonisht, domethënë jo gjithmonë.

Parimi i funksionimit

Sipas parimit të funksionimit, një tiristor gjithashtu mund të krahasohet me një diodë. Do të kalojë rrymë në një drejtim - nga anoda në katodë, por kjo do të ndodhë vetëm në gjendjen "e hapur". Në diagramet e qarkut, një tiristor duket si një diodë. Ekziston edhe një anodë dhe një katodë, por ekziston edhe një element shtesë - një elektrodë kontrolli. Sigurisht, ka dallime në tensionin e daljes (kur krahasohet me një diodë).

Në qarqet e tensionit AC, tiristori do të kalojë vetëm një gjysmë valë - atë të sipërme. Kur vjen gjysma e valës së poshtme, ajo rivendoset në gjendjen "e mbyllur".

Parimi i funksionimit të tiristorit me fjalë të thjeshta

Konsideroni parimin e funksionimit të tiristorit. Gjendja fillestare e elementit është e mbyllur. "Sinjali" për kalimin në gjendjen "e hapur" është shfaqja e tensionit midis anodës dhe daljes së kontrollit. Ekzistojnë dy mënyra për ta kthyer tiristorin në gjendjen "të mbyllur":

• hiqni ngarkesën;
• zvogëloni rrymën nën rrymën mbajtëse (një nga specifikimet).

Në qarqet me tension të alternuar, si rregull, tiristori rivendoset sipas opsionit të dytë. Rryma alternative në rrjetin e shtëpisë ka një formë sinusoidale kur vlera e saj i afrohet zeros dhe ndodh një rivendosje. Në qarqet e mundësuar nga burime të rrymës së drejtpërdrejtë, është e nevojshme ose të hiqni me forcë energjinë ose të hiqni ngarkesën.

Kjo do të thotë, tiristori punon në qarqe me tension konstant dhe të alternuar në mënyra të ndryshme. Në një qark të tensionit konstant, pas një shfaqjeje të shkurtër të tensionit midis anodës dhe terminalit të kontrollit, elementi kalon në gjendjen "e hapur". Atëherë mund të ketë dy skenarë për zhvillimin e ngjarjeve:

• Gjendja "e hapur" mbahet edhe pasi tensioni i daljes së kontrollit të anodës është humbur. Kjo është e mundur nëse voltazhi i aplikuar në terminalin e kontrollit të anodës është më i lartë se voltazhi jo-shkaktues (këto të dhëna janë në specifikimet teknike). Kalimi i rrymës përmes tiristorit ndalon, në fakt, vetëm duke thyer qarkun ose duke fikur burimin e energjisë. Për më tepër, fikja / qarku i hapur mund të jetë shumë afatshkurtër. Pas rivendosjes së qarkut, nuk rrjedh rrymë derisa kunja e kontrollit të anodës të aktivizohet përsëri.
• Pasi të hiqet tensioni (është më pak se ai i zhbllokimit), tiristori kalon menjëherë në gjendjen "të mbyllur".

Pra, në qarqet DC ekzistojnë dy mundësi për përdorimin e një tiristori - me dhe pa mbajtjen e gjendjes së hapur. Por më shpesh ato përdoren sipas llojit të parë - kur ai mbetet i hapur.

Parimi i funksionimit të tiristorit në qarqet AC është i ndryshëm. Atje, kthimi në gjendjen e bllokuar ndodh "automatikisht" - kur rryma bie nën pragun e mbajtjes. Nëse tensioni aplikohet vazhdimisht në anodë-katodë, në daljen e tiristorit marrim impulse të rrymës që shkojnë në një frekuencë të caktuar. Kështu ndërtohen furnizimet me energji komutuese. Me ndihmën e një tiristori, ata e shndërrojnë sinusoidin në impulse.

Kontrolli shëndetësor

Ju mund të kontrolloni tiristorin ose me një multimetër, ose duke krijuar një qark të thjeshtë testimi. Nëse keni specifikime teknike para syve kur telefononi, mund të kontrolloni në të njëjtën kohë rezistencën e tranzicionit.

Vazhdimësia me një multimetër

Së pari, le të analizojmë numrin me një multimetër. Ne e transferojmë pajisjen në modalitetin e telefonimit.

Ju lutemi vini re se vlera e rezistencës për seri të ndryshme është e ndryshme - nuk duhet t'i kushtoni vëmendje të veçantë kësaj. Nëse dëshironi të kontrolloni rezistencën e tranzicionit, shikoni në specifikimet teknike.

Figura tregon skemat e testimit. Vizatimi në skajin e djathtë është një version i përmirësuar me një buton që është i instaluar midis katodës dhe daljes së kontrollit. Në mënyrë që multimetri të regjistrojë rrymën që rrjedh nëpër qark, shtypni shkurtimisht butonin.

Përdorimi i një llambë dhe një burim DC (një bateri do të funksionojë gjithashtu)

Nëse nuk ka multimetër, mund ta kontrolloni tiristorin me një llambë dhe një burim energjie. Edhe një bateri e zakonshme ose ndonjë burim tjetër i tensionit konstant do të bëjë. Ky është vetëm voltazhi që duhet të jetë i mjaftueshëm për të ndezur llambën. Do t'ju duhet më shumë rezistencë ose një copë teli të rregullt. Një qark i thjeshtë është mbledhur nga këta elementë:

• Plus nga burimi i energjisë që ne furnizojmë në anodë.
• Ne lidhim një llambë me katodë, dalja e dytë e saj është e lidhur me minusin e burimit të energjisë. Drita është e fikur sepse termistori është i kyçur.
• Shkurtimisht (duke përdorur një copë teli ose rezistencë) ne lidhim anodën dhe daljen e kontrollit.
• Drita ndizet dhe qëndron e ndezur edhe pse kërcyesi është hequr. Termistori mbetet i hapur.
• Nëse e hiqni llambën ose fikni burimin e energjisë, llamba do të fiket natyrshëm.
• Nëse qarku/energjia rikthehet, nuk do të ndizet.

Së bashku me provën, ky qark ju lejon të kuptoni parimin e funksionimit të tiristorit. Në fund të fundit, fotografia është shumë e qartë dhe e kuptueshme.

Llojet e tiristorëve dhe vetitë e tyre të veçanta

Teknologjia e gjysmëpërçuesve është ende duke u zhvilluar dhe përmirësuar. Për disa dekada, janë shfaqur lloje të reja të tiristorëve, të cilët kanë disa dallime.

• Dinistorë ose tiristorë diodë. Ata ndryshojnë në atë që kanë vetëm dy përfundime. Ato hapen duke aplikuar tension të lartë në anodë dhe katodë në formën e një impulsi. Ata quhen gjithashtu "tiristorë të pakontrolluar".
• Trinistorë ose tiristorë triodë. Ata kanë një elektrodë kontrolli, por mund të aplikohet një impuls kontrolli:
  • Në daljen e kontrollit dhe katodën. Emri është me kontroll katodë.
  • Në elektrodën e kontrollit dhe anodën. Prandaj, kontrolli i anodës.

Ekzistojnë gjithashtu lloje të ndryshme të tiristorëve sipas metodës së mbylljes. Në një rast, mjafton të zvogëlohet rryma e anodës nën nivelin e rrymës mbajtëse. Përndryshe, një tension bllokues aplikohet në elektrodën e kontrollit.

Përçueshmëria

Thamë se tiristorët e përcjellin rrymën vetëm në një drejtim. Nuk ka përçueshmëri të kundërt. Elementë të tillë quhen të kundërt jopërçues, por nuk ka vetëm të tillë. Ka opsione të tjera:

• Ata kanë një tension të ulët të kundërt, ata quhen të kundërt-përçues.
• Me përçueshmëri të kundërt të panormalizuar. Vendosni qarqe ku nuk mund të ndodhë tension i kundërt.
• Triacs. Tiristorë simetrikë. Përçoni rrymë në të dy drejtimet.

Tiristorët mund të punojnë në modalitetin kyç. Kjo do të thotë, kur të arrijë një impuls kontrolli, aplikoni rrymë në ngarkesë. Ngarkesa, në këtë rast, llogaritet në bazë të tensionit të hapur. Është gjithashtu e nevojshme të merret parasysh shpërndarja më e lartë e fuqisë. Në këtë rast, është më mirë të zgjidhni modele metalike në formën e një "disk fluturues". Është e përshtatshme të bashkëngjitni një radiator me to - për ftohje më të shpejtë.

Klasifikimi sipas mënyrave të veçanta të funksionimit

Ju gjithashtu mund të dalloni nëngrupet e mëposhtme të tiristorëve:

• E bllokueshme dhe e pambyllshme. Parimi i funksionimit të një tiristori që nuk mbyllet është paksa i ndryshëm. Është në gjendje të hapur kur plusi aplikohet në anodë, minusi aplikohet në katodë. Kalon në gjendjen e mbyllur kur polariteti është i kundërt.
• Veprim i shpejtë. Ata kanë një kohë të shkurtër kalimi nga një shtet në tjetrin.
• Pulsi. Kalon shumë shpejt nga një gjendje në tjetrën, përdoret në qarqe me mënyra funksionimi pulsuese.

Qëllimi kryesor është të ndizni dhe fikni një ngarkesë të fuqishme duke përdorur sinjale kontrolli me fuqi të ulët.

Zona kryesore e përdorimit të tiristorëve është si një çelës elektronik që shërben për të mbyllur dhe hapur një qark elektrik. Në përgjithësi, shumë pajisje të njohura janë ndërtuar mbi tiristorë. Për shembull, një kurorë me drita drejtimi, ndreqës, burime të rrymës së impulsit, ndreqës dhe shumë të tjera.

Karakteristikat dhe kuptimi i tyre

Disa tiristorë mund të ndërrojnë rryma shumë të larta, në këtë rast quhen tiristorë të fuqisë. Ato janë bërë në një kuti metalike - për shpërndarje më të mirë të nxehtësisë. Modelet e vogla me një kuti plastike janë zakonisht opsione me fuqi të ulët që përdoren në qarqet me rrymë të ulët. Por, ka gjithmonë përjashtime. Pra, për çdo qëllim specifik, zgjidhet opsioni i kërkuar. Ata zgjedhin, natyrisht, sipas parametrave. Këtu janë ato kryesore:

Ekziston edhe një parametër dinamik - koha e kalimit nga gjendja e mbyllur në të hapur. Në disa skema, kjo është e rëndësishme. Lloji i shpejtësisë mund të tregohet gjithashtu: duke zhbllokuar kohën ose me kohën e kyçjes.