Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Основные отличия тиристорных стабилизаторов от симисторных

Основные отличия тиристорных стабилизаторов от симисторных

Основные отличия тиристорных стабилизаторов от симисторных

В этой статье мы расскажем вам об основном отличии тиристорных стабилизаторов от симисторных, о деталях и нюансах этих двух типов электронных стабилизаторов напряжения.

Тиристорный и симисторный стабилизатор

Все стабилизаторы переменного напряжения моделей Ампер и Герц производства ЧП «НПФ «Элекс» по принципу действия относятся к типу ступенчатых автотрансформаторных стабилизаторов с коммутацией отводов трансформатора с помощью электронных ключей (реализованных на основе высоконадежных мощных полупроводниковых приборов – тиристоров или симисторов), управляемых высокоскоростным микроконтроллером. Во всех однофазных стабилизаторах Ампер и Герц в диапазоне до 40А включительно применены симисторы BTA41-600B производства STMicroelectronics (максимальное напряжение пробоя 600В, постоянный ток нагрузки 40А, ударный не повторяющийся ток в открытом состоянии равен 400А).

Во всех однофазных стабилизаторах Ампер и Герц в диапазоне от 50А, а также во всех трехфазных стабилизаторах, силовые электронные ключи реализованы на тиристорах производства Ixys Semiconductor GmbH.

Фактически, симистор – это «симметричный тиристор», он проводит ток в двух направлениях, и состоит из двух тиристоров в одном корпусе.

симистор BTA41-600B
производства STMicroelectronics

Соответственно, для реализации электронного переключающего ключа достаточно всего одного симистора. Поскольку тиристор проводит ток только в одном направлении, то для работы в цепях переменного тока применяется встречно-параллельное соединение двух тиристоров.

Следовательно, один ключ, подключающий часть обмотки трансформатора, будет состоять уже не из одного, а двух тиристоров. Предотвратить возможный выход из строя стабилизатора из-за перегрева полупроводниковых приборов в процессе интенсивной работы и обеспечить качественный отвод тепла с применением системы принудительного охлаждения проще в случае ключа на двух корпусных тиристорах, чем на одном симисторе. Применение тиристоров обеспечивает еще более высокую кратковременную перегрузочную способность по току, что повышает надежность при коммутации таких нагрузок, как асинхронные электродвигатели, которым свойственны большие пусковые токи.

Электронные ключи однофазного стабилизатора Элекс Герц V3.0

Конструктивно все однофазные симисторные стабилизаторы «Элекс» (до 40А включительно) собраны на одной печатной плате, а все однофазные тиристорные (от 50А) – на 3-ёх печатных платах (плата входных ключей, плата выходных ключей и плата управления). Т.е., при более высокой себестоимости полупроводниковых приборов и их большем количестве и, соответственно, большей прайсовой цене тиристорные стабилизаторы обладают более высокой кратковременной перегрузочной способностью по току по сравнению с симисторными стабилизаторами при прочих равных условиях. Каких-либо принципиальных эксплуатационных отличий между симисторными и тиристорными стабилизаторами торговой марки Элекс Engineering нет.

Однофазный стабилизатор напряжения Элекс Ампер 16-1/25А в разобранном виде

Тиристор. Семистор. Силовые компоненты копиров.

К силовым полупроводниковым приборам относятся управляемые приборы, используемые в различных силовых устройствах: электроприводе, источниках пи­тания, мощных преобразовательных установках и др. Для снижения потерь эти приборы в основном работают в ключевом режиме. Основные требования, предъявляемые к силовым приборам, сводятся к следующим:

— малые потери при коммутации;

— большая скорость переключения из одного состояния в другое;

— малое потребление по цепи управления;

— большой коммутируемый ток и высокое рабочее напряжение.

Силовая электроника непрерывно развивается, и силовые приборы постоянно совершенствуются. Разработаны и выпускаются приборы на токи до 1000 А, и рабочее напряжение свыше 6кВ. Быстродействие силовых приборов таково, что они могут работать на частотах до 1 МГц. Значительно снижена мощность управ­ления силовыми ключами. Разработаны и выпускаются мощные биполярные и униполярные транзисторы. Специально для целей силовой электроники разработаны и выпускаются мощные четырехслойные приборы — тиристоры и симисторы.

Тиристор.

В тиристоре реализован второй способ включения четырехслойной структуры. Для этого в нем имеется вывод от одной из баз эквивалентных транзи­сторов Тх или Г2. Если подать в одну из этих баз ток управления, то коэффициент передачи соответствующего транзистора увеличится и произойдет включение тиристора.

Читайте так же:
Можно ли электролобзиком пилить доски

etSMz4FI.png (395×324)etSMz4FQ.png (86×177)etSMz4FR.png (110×171)

Рис. 1. Вольт-амперные характеристики тиристора

В зависимости от расположения управляющего электрода (УЭ) тиристоры делятся на тиристоры с катодным управлением и тиристоры с анодным управле­нием (рис. 1). Вольт-амперная харак­теристика тиристора приведена на рис. 1. Она отличается от характеристики динистора тем, что напряжение включения ре­гулируется изменением тока в цепи управляющего электрода . При увеличении тока управле­ния снижается напряжение включения. Таким образом, ти­ристор эквивалентен динистору с управляемым напряжением включения .

После включения управляю­щий электрод теряет управляю­щие свойства и, следовательно, с его помощью выключить тиристор нельзя. Основные схемы выключения тирис­тора такие же, как и для динистора.

Как динисторы, так и тиристоры подвержены самопроизвольному включению при быстром изменении напряжения на аноде. Это явление получило назва­ние «эффекта dU/dt». Оно связано с зарядом емкости перехода Сп при быстром изменении напряжения на аноде тиристора (или динистора): ic2 = C2dU/dt. Даже при небольшом напряжении на аноде тиристор может включиться при большой скорости его изменения.

Условное обозначение динисторов и тиристоров содержит информацию о материале полупроводника (буква К), обозначении типа прибора: (динистор — буква Н, тиристор — буква У), классе по мощности (1 — ток анода <0,ЗА, 2 — ток анода >0,ЗА) и порядковом номере разработки. Например, динистор КН102— кремниевый, малой мощности; тиристор КУ202 —: кремниевый, боль­шой мощности.

К основным параметрам динисторов и тиристоров относятся:

— допустимое обратное напряжение Uобр;

— напряжение в открытом состоянии Uпр при заданном прямом токе;

— допустимый прямой ток Iпр;

— времена включения tвкл и выключения tвыкл.

При включении тиристора током управления после подачи импульса тока Iyt в управляющий электрод проходит некоторое время, необходимое для включения тиристора. Кривые мгновенных значений токов и напряжений в тиристоре при его включении на резистивную нагрузку приведены на рис. 2. Процесс нараста­ния тока в тиристоре начинается спустя некоторое время задержки tЗД, которое зависит от амплитуды импульса тока управления Iyt. При достаточно большом токе управления время задержки достигает долей микросекунды (от О,1 до 1. 2 мкс).

etSMz4FJ.png (379×386)

Рис. 2. Переходные процессы при включении тиристора

Затем происходит нарастание тока через прибор, которое обычно называют временем лавинного на­растания. Это время существенно зависит от начального прямого на­пряжения Unp на тиристоре и пря­мого тока Iпр через включенный тиристор. Включение тиристора обычно осуществляется импульсом тока управления.

Для надежного включения тиристора необходимо, чтобы параметры импульса тока управления: его амплитуда и дли­тельность и, скорость нарастания dl/dt отвечали определенным тре­бованиям, которые обеспечивают включение тиристора в заданных условиях. Длительность импульса тока управления должна быть такой, чтобы к моменту его окончания анодный ток тиристора был больше тока удержания I аУД.
Если тиристор выключается приложением обратного напряжения Uобр, то процесс выключения можно разделить на две стадии:

— время восстановления обратного сопротивления Iоб.в

— время выключения tвых.

После окончания времени восстановления tоб.в — ток в тиристоре достигает нулевого значения, однако он не выдерживает приложения прямого напряжения. Только спустя время tвых к тирис­тору можно повторно прикладывать прямое напряжение Uпр0.

Потери в тиристоре состоят из потерь при протекании прямого тока, потерь при протекании обратного тока, коммутационных потерь и потерь в цепи управ­ления. Потери при протекании прямого и обратного токов рассчитываются так же, как в диодах. Коммутационные потери и потери в цепи управления зависят от способа включения и выключения тиристора.

Симистор.

Читайте так же:
Молоток шмидта градуировочная зависимость

Симистор — это симметричный тиристор, который предназначен для комму­тации в цепях переменного тока. Он может использоваться для создания реверсив­ных выпрямителей или регуляторов переменного тока. Структура симметричного тиристора приведена на рис. 2, а, а его схематическое обозначение на рис. 2,б. Полупроводниковая структура симистора содержит пять слоев полупроводников с различным типом проводимостей и имеет более сложную конфигурацию по сравнению с тиристором. Вольт-амперная характеристика симистора приведена на рис. 3.

Как следует из вольт-амперной характеристики симистора, прибор включает­ся в любом направлении при подаче на управляющий электрод УЭ положительно­го импульса управления. Требования к импульсу управления такие же, как и для тиристора. Основные характеристики симистора и система его обозначений такие же, как и для тиристора. Симистор можно заменить двумя встречно-параллельно включенными тиристорами с общим электродом управления. Так, например, симистор КУ208Г может коммутировать переменный ток до 10 А при напряжении до 400 В. Отпирающий ток в цепи управления не превышает 0,2 А, а время вклю­чения — не более 10 мкс.

etSMz4FK.png (466×314)

Рис. 2. Структура симметричного тиристора (а) и его схематическое изображение (б)

Симистор. Описание, принцип работы, свойства и характеристики.

Ну что ж! На предыдущей странице мы достаточно плотно обсудили свойства и характеристики полупроводникового прибора под названием тиристор, неуважительно обозвали его «довольно архаичным», пришло время выдвигать внятную альтернативу.
Симистор пришёл на смену рабочей лошадке-тиристору и практически полностью заменил его в электроцепях переменного тока.
История создания симистора также не нова и приходится на 1960-е годы, причём изобретён и запатентован он был в СССР группой товарищей из Мордовского радиотехнического института.

Итак:
Симистор, он же триак, он же симметричный триодный тиристор — это полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристора, но, в отличие от него, способный пропускать ток в двух направлениях и используемый для коммутации нагрузки в цепях переменного тока.

Симистор

На Рис.1 слева направо приведены: топологическая структура симистора, далее расхожая, но весьма условная, эквивалентная схема, выполненная на двух тиристорах и, наконец, изображение симистора на принципиальных схемах.
МТ1 и МТ2 — это силовые выводы, которые могут обозначаться, как Т1&Т2; ТЕ1&ТЕ2; А1&А2; катод&анод. Управляющий электрод, как правило, обозначается латинской G либо русской У.

Глядя на эквивалентную схему, может возникнуть иллюзия, что симистор относительно горизонтальной оси является элементом абсолютно симметричным, что даёт возможность как угодно крутить его вокруг управляющего электрода. Это не верно.
Точно так же, как у тиристора, напряжение на управляющий электрод симистора должно подаваться относительно условного катода (МТ1, Т1, ТЕ1, А1).
Иногда производитель может обозначать цифрой 1 «анодный» вывод, цифрой 2 — «катодный», поэтому всегда важно придерживаться обозначений, приведённых в паспортных характеристиках на прибор.

Полярность открывающего напряжения должна быть либо отрицательной для обеих полярностей напряжения на условном аноде, либо совпадать с полярностью «анодного» напряжения (т.е. быть плюсовой в момент прохождения положительной полуволны и минусовой — в момент прохождения отрицательной).

Приведём вольт-амперную характеристику тиристора и схему, реализующую самый простой способ управления симисторами — подачу на управляющий электрод прибора постоянного тока с величиной, необходимой для его включения (Рис.2).

ВАХ симистора
Рис.2

Огромным плюсом симистора перед тиристором является возможность в штатном режиме работать с разнополярными полупериодами сетевого напряжения. Вольт-амперная характеристика является симметричной, надобности в выпрямительном мосте — никакой, схема получается проще, но главное — исключается элемент (выпрямитель), на котором вхолостую рассеивается около 50% мощности.

Читайте так же:
Полукосвенное подключение трехфазного счетчика

Давайте рассмотрим работу симистора при подаче на его управляющий вход постоянного тока отрицательной полярности (Рис.2 справа), ведь мы помним, что именно такая полярность открывающего напряжения является универсальной и для положительных, и для отрицательных полупериодов напряжения сети. На самом деле, всё происходит абсолютно аналогично описанной на предыдущей странице работе тиристора.
Повторим пройденный материал.

1. Для начала рассмотрим случай, когда управляющий электрод симистора отключен (S1 на схеме разомкнут, Iу на ВАХ равен 0). Тока через нагрузку нет (участки III на ВАХ), симистор закрыт, и для того, чтобы его открыть, необходимо поднять напряжение на «аноде» симистора настолько, чтобы возник лавинный пробой p-n-переходов полупроводника.
Оговоримся — зафиксировать нам этот процесс не удастся, потому что величина этого напряжения составляет несколько сотен вольт и, как правило, превышает амплитудное значение напряжения сети.
Тем не менее — при достижении этого уровня напряжения (точки II на ВАХ) симистор отпирается, падение напряжения между силовыми выводами падает до единиц вольт, нагрузка подключается к сети — наступает рабочий режим открытого симистора (участки I на ВАХ).
Чтобы закрыть симистор, нужно снизить протекающий через нагрузку ток (или напряжение на «аноде») ниже тока удержания.

2. Для того чтобы снизить величину напряжения включения симистора, следует замкнуть S1 и, тем самым, подать на управляющий электрод ток, задаваемый значением переменного резистора R1. Чем больше ток Iу, тем при меньшем анодном напряжении происходит переключение симистора в проводящее состояние.
А при какой-то величине тока управляющего электрода, называемой током спрямления (на ВАХ не показано), горба на характеристике вообще не будет, и напряжение открывания симистора составит незначительную величину, исчисляемую единицами вольт.
Абсолютно так же, как и в прошлом пункте, чтобы закрыть симистор, необходимо снизить протекающий через нагрузку ток (или напряжение на «аноде») ниже значения тока удержания.

То бишь — всё полностью аналогично тиристору. Для открывания симистора следует подать на управляющий электрод прибора постоянный ток с величиной, необходимой для его включения, для закрывания — снизить протекающий через нагрузку ток (или напряжение на «аноде») ниже значения тока удержания.
Т.е. в нашем случае, представленном на Рис.2 — симистор будет открываться при замыкании S1 в каждый момент превышения «анодным» напряжением некоторого значения, зависящего от номинала R1, а закрываться с каждым полупериодом сетевого напряжения в момент приближения его уровня к нулевому значению.

Описанный выше способ управления симистором посредством подачи на управляющий электрод постоянного напряжения обладает существенным недостатком — требуется довольно большой ток (а соответственно и мощность) управляющего сигнала (по паспорту — до 250мА для КУ208). Поэтому в большинстве случаев для управления симисторами используется импульсный метод, либо метод, при котором открытый симистор шунтирует цепь управления, не допуская бесполезного рассеивания мощности на её элементах.

В качестве примера рассмотрим простейшую, но вполне себе работоспособную схему симисторного регулятора мощности, позволяющего работать с нагрузками вплоть до 2000 Вт.

Как можно увидеть, на схеме помимо симистора VS2 присутствует малопонятный элемент VS1 — динистор. Для интересующихся отмечу — на странице ссылка на страницу мы подробно обсудили принцип работы, свойства и характеристики приборов данного типа.

А теперь — как это всё работает?
В начале действия положительного полупериода симистор закрыт. По мере увеличения сетевого напряжения конденсатор С1 заряжается через последовательно соединённые резисторы R1 и R2. Причём увеличение напряжения на конденсаторе С1 отстаёт (сдвигается по фазе) от сетевого на величину, зависящую от суммарного сопротивления резисторов и номинала ёмкости С1. Чем выше значения резисторов и конденсатора — тем больше сдвиг по фазе.
Заряд конденсатора продолжается до тех пор, пока напряжение на нём не достигнет порога пробоя динистора (около 35 В). Как только динистор откроется (следовательно, откроется и симистор), через нагрузку потечёт ток, определяемый суммарным сопротивлением открытого симистора и нагрузки.
При этом симистор остаётся открытым до конца полупериода, т.е. момента, когда полуволна сетевого напряжения приблизится к нулевому уровню.
Переменным резистором R2 устанавливают момент открывания динистора и симистора, производя тем самым регулировку мощности, подводимой к нагрузке.

Читайте так же:
Размер штробы под проводку

При действии отрицательной полуволны принцип работы устройства аналогичен.

Диаграммы напряжения на нагрузке при различных значениях переменного резистора приведены на Рис.3 справа.

Для предотвращения ложных срабатываний триаков, вызванных переходными процессами в индуктивных нагрузках (например, в электродвигателях), симисторы должны иметь дополнительные компоненты защиты. Это, как правило, демпферная RC-цепочка (снабберная цепь) между силовыми электродами триака, которая используется для ограничения скорости изменения напряжения (на схеме Рис.3 показана синим цветом).
В некоторых случаях, когда нагрузка имеет ярко выраженный ёмкостной характер, между силовыми электродами необходима индуктивность для ограничения скорости изменения тока при коммутации.

А под занавес приведём основные характеристики отечественных симисторов и зарубежных триаков.

ТипU макс, ВI max, АIу отп, мА
КУ208Г4005
BT 131-6006001
BT 134-5005004
BT 134-6006004
BT 134-600D6004
BT 136-500Е5004
BT 136-600Е6004
BT 137-600Е6008
BT 138-60060012
BT 138-80080012
BT 139-50050016
BT 139-60060016
BT 139-80080016
BTA 140-60060025
BTF 140-80080025
BT 151-650R65012
BT 151-800R80012
BT 169D40012
BTA/BTB 04-600S6004
BTA/BTB 06-600C6006
BTA/BTB 08-600B6008
BTA/BTB 08-600C6008
BTA/BTB 10-600B60010
BTA/BTB 12-600B60012
BTA/BTB 12-600C60012
BTA/BTB 12-800B80012
BTA/BTB 12-800C80012
BTA/BTB 16-600B60016
BTA/BTB 16-600C60016
BTA/BTB 16-600S60016
BTA/BTB 16-800B80016
BTA/BTB 16-800S80016
BTA/BTB 24-600B60025
BTA/BTB 24-600C60025
BTA/BTB 24-800B80025
BTA/BTB 25-600В60025
BTA/BTB 26-600A60025
BTA/BTB 26-600B60025
BTA/BTB 26-700B70025
BTA/BTB 26-800B80025
BTA/BTB 40-600B60040
BTA/BTB 40-800B80040
BTA/BTB 41-600B60041
BTA/BTB 41-800B80041
MAC8M6008
MAC8N8008
MAC9M6009
MAC9N8009
MAC12M60012
MAC12N80012
MAC15M60015
MAC12N80015

Симисторы с обозначение BTA отличаются от других наличием изолированного корпуса.
Падение напряжения на открытом симисторе составляет примерно 1-2 В и мало зависит от протекающего тока.

Тиристоры. Типы, виды, особенности, применение, классификация. Характеристики, параметры. Симистор, тринистор, динистор, триак, диак. Обозначение

Тиристором может считаться любой радиоэлектронный прибор, обладающий следующей вольт-амперной характеристикой. На применения в электронных схемах внутреннее устройство тиристора влияния не оказывает. Применение тиристоров основано на особенностях их вольт-амперной характеристики.

Вашему вниманию подборка материалов:

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Классификация

По способу управления

  • диодные тиристоры (динисторы). Их открывание происходит за счет подачи импульса высокого напряжения между анодом и катодом.
  • триодные тиристоры (тринисторы). Их открывают подачей управляющего тока на управляющий электрод.
  • с управлением по катоду — напряжение, формирующее управляющий ток, подается между управляющим электродом и катодом.
  • с управлением по аноду — напряжение, формирующее управляющий ток, подается между управляющим электродом и анодом.
  • снижения тока анод — катод ниже тока удержания (применимо для динисторов, запираемых и незапираемых тринисторов)
  • подачи запирающего напряжения на управляющий электрод (применимо для запираемых тринисторов)
Читайте так же:
Размеры шлифовальных лент для гриндера

По обратной проводимости

  • Проводящие в обратном направлении (обратно-проводящие) — имеют небольшое (несколько вольт) обратное напряжение
  • Непроводящие в обратном направлении (обратно-непроводящие) — имеют обратное напряжение, соизмеримое с максимальным прямым напряжением в закрытом состоянии
  • С ненормированным обратным напряжением — производитель не публикует и не гарантирует какое-либо значение этого параметра. Такие тиристоры могут использоваться только в схемах, где подача обратного напряжения исключена.
  • Симметричные (симисторы) — прибор коммутирует токи, проходящие в обоих направлениях.

Применяя симисторы, следует помнить, что они работают симметрично только на первый взгляд. Большинство распространенных симисторов хорошо открываются, когда на управляющий электрод подано положительное напряжение относительно катода, а на анод напряжение любой полярности, а также когда на управляющий электрод подано отрицательное напряжение относительно катода, и на анод напряжение отрицательной полярности. Но когда на анод подано отрицательное напряжение, а на управляющий электрод положительное, то они не открываются или даже выходят из строя. Проектируя симисторную схему, нужно свериться с документацией конкретного симистора, понять, какие управляющие сигналы являются допустимыми (приведенные выше ограничения являются типичными, но у отдельных типов симисторов могут быть другие ограничения) и убедиться в том, что в схеме будет подаваться правильные сигналы.

По быстродействию

Определяющими здесь является время включения (отпирания) и время выключения (запирания).

По мощности

При работе в ключевом режиме максимальная мощность переключаемой нагрузки определяется напряжением на тиристоре в открытом состоянии при максимальном токе и максимальной рассеиваемой мощностью. Действующее значение тока через нагрузку не должно превышать максимальную рассеиваемую мощность, деленную на напряжение в открытом состоянии.

При работе в других режимах следует ориентироваться на максимальную рассеиваемую мощность тиристора.

Другие важные параметры

  • Ток удержания
  • Ток отпирания
  • Отпирающий ток управляющего электрода
  • Отпирающее напряжение на управляющем электроде
  • Максимальное прямое напряжение в закрытом состоянии

Обозначение

A1 — запираемый тиристор с управлением по катоду, A2 — запираемый тиристор с управлением по аноду, A3 — динистор, A4 — запираемый симистор, A5 — незапираемый тиристор с управлением по катоду, A6 — незапираемый тиристор с управлением по аноду, A7 — симметричный динистор (диодный симистор), A1 — незапираемый симистор.

Применение

1 2

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи.

Зарядное устройство. Импульсный автомобильный зарядник. Зарядка аккуму.
Схема импульсного зарядного устройства. Расчет на разные напряжения и токи.

Тиристорный выключатель, переключатель, коммутатор. Тиристор (тринисто.
Тиристор в переключательных схемах переменного тока. Схема твердотельного реле. .

Тиристорное переключение нагрузки, коммутация (включение / выключение).
Применение тиристоров в качестве реле (переключателей) напряжения переменного то.

Полумостовой импульсный стабилизированный преобразователь напряжения, .
Как работает полу-мостовой стабилизатор напряжения. Где он применяется. Описание.

Плавная регулировка яркости свечения люминесцентных ламп дневного свет.
Схема драйвера для плавной регулировки яркости свечения ламп дневного света. Дра.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector