Metode tiristorske komutacije v močnostni elektroniki

Večino od pretvorniška oprema in stikalni napajalniki močnostna elektronika komponente, kot so tiristorji, MOSFET in druge močnostne polprevodniške naprave za visokofrekvenčne preklopne operacije pri močeh z visoko močjo. Upoštevajte tiristorje, ki jih v več aplikacijah zelo pogosto uporabljamo kot bistabilna stikala. Ti tiristorji uporabljajo stikala, ki jih je bilo treba vklopiti in izklopiti. Za vklop tiristorjev obstaja nekaj načinov za vklop tiristorjev, imenovanih tiristorski sprožilni postopki. Podobno za izklop tiristorjev obstajajo metode, imenovane tiristorske komutacijske metode ali tehnike. Pred razpravo o tehnikah komutacije tiristorja moramo vedeti nekaj o osnovah tiristorja, kot so tiristor, delovanje tiristorja, različne vrste tiristorjev in metode vklopa tiristorja.

Kaj je tiristor?

Dve do štiri svinčene polprevodniške naprave, sestavljene iz štirih plasti izmeničnih materialov tipa N in P, se imenujejo tiristorji. Običajno se uporabljajo kot dvostabilna stikala, ki delujejo šele, ko se sproži zaporni priključek tiristorja. Tiristor se imenuje tudi silicijev usmerjeni usmernik ali SCR.

Tiristor

Kaj je komutacija SCR?

Komutacija ni nič drugega kot metoda izklopa SCR. To je ena metoda, s katero SCR ali tiristor prestavimo iz stanja ON v stanje OFF. Vemo, da je SCR mogoče aktivirati z uporabo vratnega signala proti SCR, kadar je v predsmerju posredovanja. Toda SCR se mora izklopiti, kadar je to potrebno za nadzor moči, sicer kondicioniranje moči.

Komutacijsko vezje za SCR

Ko se SCR premakne v način prevajanja naprej, njegov terminal vrat izgubi nadzor. Za to je treba uporabiti neko dodatno vezje za izklop tiristorja / SCR. Torej, to dodatno vezje se imenuje komutacijsko vezje.

Torej se ta izraz uporablja predvsem za prenos toka iz ene ane v drugo. Vezje komutacije v glavnem zmanjša predni tok na nič, da izklopi tiristor. Torej morajo biti izpolnjeni naslednji pogoji za izklop tiristorja, ko je prevoden.

• Prednji tok tiristorja ali SCR je treba zmanjšati na nič, sicer pod nivojem zadrževalnega toka.
• Na SCR / tiristorju mora biti zagotovljena velika reverzna napetost, da se vzpostavi nazaj blokirno stanje.

Ko je SCR IZKLJUČEN z zmanjšanjem naprej toka na nič, v različnih plasteh obstajajo presežni nosilci naboja. Če želite obnoviti stanje blokiranja tiristorja naprej, je treba te presežne nosilce naboja ponovno kombinirati. Ta metoda rekombinacije se torej lahko pospeši z uporabo povratne napetosti na tiristorju.

Metode tiristorske komutacije

Kot smo preučevali zgoraj, se lahko tiristor vklopi tako, da sproži vhodni terminal z nizkonapetostnim kratkotrajnim impulzom. Toda po vklopu bo neprekinjeno deloval, dokler tiristor ne bo vzvratno nastavljen ali tok tovora ne bo padel na nič. To neprekinjeno prevajanje tiristorjev povzroča težave pri nekaterih aplikacijah. Postopek za izklop tiristorja se imenuje komutacija. S postopkom komutacije se način delovanja tiristorja spremeni iz načina vodenja naprej v način blokiranja naprej. Torej se za izklop uporabljajo metode tiristorske komutacije ali tehnike tiristorske komutacije.

Komunikacijske tehnike tiristorjev so razdeljene na dve vrsti:

• Naravna komutacija
• Prisilna komutacija

Naravna komutacija

Če upoštevamo napajanje z izmeničnim tokom, bo tok tekel skozi ničelno črto prehoda med pozitivnim in negativnim vrhom. Tako se bo na napravi istočasno pojavila povratna napetost, ki bo takoj izklopila tiristor. Ta postopek se imenuje naravna komutacija, saj se tiristor naravno izklopi, ne da bi za namene komutacije uporabljali kakršne koli zunanje komponente ali vezje.

Naravne komutacije lahko opazimo v regulatorjih izmenične napetosti, fazno usmerjenih usmernikih in ciklo pretvornikih.

Prisilna komutacija

Tiristor lahko izklopite z obratnim prednapetostjo SCR ali z uporabo aktivnih ali pasivnih komponent. Tiristorski tok lahko zmanjšamo na vrednost pod vrednost zadrževalnega toka. Ker je tiristor na silo izklopljen, se to imenuje postopek prisilne komutacije. The osnovna elektronika in električne komponente kot induktivnost in kapacitivnost se uporabljajo kot komutacijski elementi za namene komutacije.

Med uporabo DC napajanja lahko opazimo prisilno komutacijo, zato jo imenujemo tudi DC komutacija. Zunanje vezje, ki se uporablja za postopek prisilne komutacije, se imenuje komutacijsko vezje, elementi, ki se uporabljajo v tem vezju, pa komutacijski elementi.

Razvrstitev metod prisilne komutacije

Tu je v nadaljevanju obravnavana klasifikacija tiristorskih komutacijskih metod. Njegova razvrstitev je v glavnem odvisna od tega, ali je impulz komutacije trenutni impulz napetostnega impulza, ali je povezan zaporedno / vzporedno skozi SCR, ki ga je treba komutirati, ali je signal podan prek pomožnega ali glavnega tiristorja, ali komutacijsko vezje se polni iz pomožnega ali glavnega vira. Razvrstitev pretvornikov je mogoče v glavnem izvesti glede na lokacijo komutacijskih signalov. Prisilno zamenjavo lahko razvrstimo na različne načine, kot sledi:

• Razred A: Samovsede z resonančno obremenitvijo
• Razred B: Samovremenjen z LC vezjem
• Razred C: Cor L-C preklopi drug SCR, ki nosi tovor
• Razred D: C ali L-C, preklopljen s pomožnim SCR
• Razred E: Zunanji impulzni vir za komutacijo
• Razred F: komutacija izmeničnega voda

Razred A: Samovremenjen z resonančno obremenitvijo

Razred A je ena izmed pogosto uporabljenih tehnik komutacije tiristorjev. Če se tiristor sproži ali vklopi, bo anodni tok tekel s polnjenjem kondenzator C s piko kot pozitivno. Podrazmočeno vezje drugega reda tvori induktor ali AC upor , kondenzator in upor. Če se tok kopiči skozi SCR in zaključi polovični cikel, bo tok induktorja tekel skozi SCR v obratni smeri, kar bo izklopilo tiristor.

Metoda komutacije tiristorjev razreda A

Po komutaciji tiristorja ali izklopu tiristorja se bo kondenzator eksponentno začel prazniti od najvišje vrednosti skozi upor. Tiristor bo v obratnem položaju, dokler se napetost kondenzatorja ne vrne na raven napajalne napetosti.

Razred B: Samovremenjen z L-C vezjem

Glavna razlika med tiristorskimi komutacijskimi metodami razreda A in razreda B je v tem, da je LC zaporedno povezan s tiristorjem razreda A, medtem ko se vzporedno s tiristorjem razreda B kondenzator napolni (pika označuje pozitiven). Če se SCR sproži ali mu da sprožilni impulz, ima nastali tok dve komponenti.

Tiristorska komutacijska metoda razreda B

Tok konstantne obremenitve, ki teče skozi obremenitev R-L, zagotavlja velika reaktanca, ki je zaporedno povezana z obremenitvijo, ki je vpeta z diodo prostega teka. Če sinusoidni tok teče skozi resonančno vezje L-C, se kondenzator C na koncu pol cikla napolni s piko kot negativno.

Skupni tok, ki teče skozi SCR, postane nič, pri čemer obratni tok, ki teče skozi SCR, nasprotuje toku obremenitve za majhen del negativnega nihanja. Če tok resonančnega vezja ali reverzni tok postane le večji od toka obremenitve, bo SCR izklopljen.

Razred C: C ali L-C, preklopljen z drugim SCR za prenašanje tovora

V zgornjih metodah komutacije tiristorjev smo opazili le en SCR, v teh tehnikah komutacije tiristorjev razreda C pa bosta dva SCR. En SCR velja za glavni tiristor, drugi pa kot pomožni tiristor. V tej klasifikaciji lahko oba delujeta kot glavna SCR-ja, ki nosita obremenitveni tok, in jih je mogoče načrtovati s štirimi SCR-ji z ​​obremenitvijo čez kondenzator z uporabo tokovnega vira za napajanje integriranega pretvornika.

Metoda komutacije tiristorjev razreda C

Če se sproži tiristor T2, se kondenzator napolni. Če se sproži tiristor T1, se bo kondenzator izpraznil in ta tok praznjenja C bo nasprotoval toku toka obremenitve v T2, ko bo kondenzator preklopljen čez T2 prek T1.

Razred D: L-C ali C, preklopljen s pomožnim SCR

Metodi komutacije tiristorjev razreda C in razreda D je mogoče razlikovati od obremenitvenega toka v razredu D: samo eden od SCR-jev bo nosil obremenitveni tok, drugi pa deluje kot pomožni tiristor, medtem ko bosta v razredu C oba SCR-ja nosila obremenitveni tok. Pomožni tiristor je v svoji anodi sestavljen iz upora, ki ima upor približno desetkrat večji odpornosti proti obremenitvi.

Vrsta razreda D

S sprožitvijo Ta (pomožnega tiristorja) se kondenzator napolni do napajalne napetosti, nato pa se Ta izklopi. Dodatna napetost, če obstaja, se bo zaradi znatne induktivnosti v vhodnih vodih izpraznila skozi vezje diode-induktor-obremenitev.

Če se sproži Tm (glavni tiristor), bo tok tekel po dveh poteh: komutacijski tok bo tekel skozi pot C-Tm-L-D, tok tovora pa skozi tovor. Če se polnjenje na kondenzatorju obrne in zadrži na tej ravni z uporabo diode in če se ponovno sproži Ta, se bo napetost na kondenzatorju prikazala čez Tm prek Ta. Tako bo glavni tiristor Tm izklopljen.

Razred E: Zunanji impulzni vir za komutacijo

Pri tehnikah komutacije tiristorjev razreda E transformator ne more nasičiti (saj ima zadostno železno in zračno režo) in je sposoben prenašati obremenitveni tok z majhnim padcem napetosti v primerjavi z napajalno napetostjo. Če se sproži tiristor T, bo tok tekel skozi tovorni in impulzni transformator.

Razred E Tip

Zunanji generator impulzov se uporablja za generiranje pozitivnega impulza, ki se prek impulznega transformatorja napaja na katodo tiristorja. Kondenzator C je napolnjen na približno 1v in velja, da nima impedance za trajanje izklopnega impulza. Napetost na tiristorju obrne impulz iz električni transformator ki napaja povratni povratni tok in v zahtevanem času izklopa zadrži negativno napetost.

Razred F: AC linijski komutirani

V tehnikah komutacije tiristorjev razreda F se za napajanje uporablja izmenična napetost in med pozitivnim polovičnim ciklom te oskrbe bo tekel tok obremenitve. Če je obremenitev zelo induktivna, bo tok ostal, dokler se energija, shranjena v induktivni obremenitvi, ne razprši. Med negativnim polovičnim ciklom, ko tok obremenitve postane nič, se tiristor izklopi. Če napetost obstaja v predvidenem času izklopa naprave, jo negativna polarnost napetosti na odhajajočem tiristorju izklopi.

Razred razreda F

Tu mora biti trajanje polovičnega cikla večje od časa izklopa tiristorja. Ta postopek komutacije je podoben konceptu trifaznega pretvornika. Upoštevajmo, predvsem T1 in T11 vodita s sprožilnim kotom pretvornika, ki je enak 60 stopinj in deluje v neprekinjenem prevodnem načinu z visoko induktivno obremenitvijo.

Če se sprožita tiristorja T2 in T22, se trenutno tok skozi dohodne naprave ne bo dvignil na nivo toka obremenitve. Če tok skozi dohodne tiristorje doseže raven toka obremenitve, se začne postopek komutacije odhodnih tiristorjev. To vzvratno napetostno napetost tiristorja je treba nadaljevati, dokler ni doseženo stanje blokade naprej.

Tiristorske metode komutacije ne uspejo

Napaka komutacije tiristorja se zgodi predvsem zato, ker so komutirani po liniji in padec napetosti lahko vodi do neustrezne komutacije napetosti, zato povzroči napako, ko se sproži naslednji tiristor. Torej napaka komutacije pride iz več razlogov, nekateri pa so obravnavani v nadaljevanju.
Tiristorji zagotavljajo dokaj počasen reverzni čas obnovitve, tako da lahko glavni povratni tok dovaja pri posredovanju. To lahko pomeni 'tok napake', ki se pojavi ciklično s pripadajočo odvajanjem moči, ki se pojavi ob okvari SCR.

V električnem vezju je komutacija v bistvu, ko trenutni tok teče iz ene veje vezja v drugo. Napaka komutacije se večinoma zgodi, ko sprememba poti iz kakršnega koli razloga ne uspe.
Pri pretvorniku ali usmerniškem vezju, ki uporablja SCR, se lahko napaka komutacije zgodi iz dveh osnovnih razlogov.

Če se tiristor ne vklopi, tok toka ne bo preklopil in način komutacije ne bo uspel. Podobno, če tiristor ne uspe izklopiti, lahko tok toka deloma komunicira proti naslednji veji. Torej tudi to velja za neuspeh.

Razlika med tehnikami naravne komutacije in prisilne komutacije

Razlike med naravno in prisilno komutacijo so obravnavane v nadaljevanju.

Tiristorju lahko preprosto rečemo krmiljeni usmernik. Obstajajo različne vrste tiristorjev, ki se uporabljajo za načrtovanje močnostne elektronike inovativni električni projekti . Postopek vklopa tiristorja z zagotavljanjem sprožilnih impulzov na priključku vrat imenujemo sprožitev. Podobno se postopek izklopa tiristorja imenuje komutacija. Upam, da ta članek vsebuje kratke informacije o različnih tehnikah komutacije tiristorja. Na podlagi vaših komentarjev in poizvedb v spodnjem oddelku za komentarje bomo zagotovili nadaljnjo tehnično pomoč.