Включение тиристоров

С развитием лавинообразного процесса, при котором происходит включение тиристора, ток в его внешней цепи растет до значения, определяемого нагрузкой RH и напряжением источника питания ?а. Рабочим участком вольт-амперной характеристики является участок cd. При этом падение напряжения между анодом и катодом тиристора невелико, так как все переходы смещены в прямом направлении.

Включение тиристора может произойти при быстром нарастании анодного напряжения U, вызывающем емкостный ток /с через коллекторный p-n-переход: /с = Ск (Д(У/Дг), где Ск — барьерная емкость коллекторного р-п-перехода. Проходя через эмиттерные переходы, ток /с вызывает включение тиристора при напряжениях на аноде, меньших, чем в режиме постоянного тока. Максимально допустимое значение ДО/Дг — от единиц до сотен вольт в микросекунду.

Основная область применения тиристоров — работа в различных переключающих устройствах. На 50, а показана схема управления мощностью переменного тока, потребляемой нагрузкой /?н, основанная на использовании ключевых свойств тиристора. Переменное напряжение Uy ( 50, б), подаваемое на управляющий электрод тиристора, сдвинуто по фазе относительно переменного напряжения питания U ПС-цепочкой ( 50, в). Включение тиристора ( 50, г) происходит в момент, когда напряжение 6/у достигает значения Uy OT, а выключение — в момент изменения полярности U. Изменяя сдвиг по фазе переменным резистором R, можно менять средний ток и мощность, выделяемую на Я.

Если отключение электроустановки должно осуществляться сразу после срабатывания реле (т. е. не требуется введения небольшой выдержки времени, например для отстройки при действии разрядников), то отпадает необходимость в расширителе импульсов. В этом случае РО дает команду на включение тиристора в цепи катушки отключения выключателя. Тиристор удерживается во включенном состоянии до окончания операции отключения (см. главу десятую).

Допустимое обратное напряжение на переходе управляющий электрод — катод (УЭ—К) тиристора ограничивается величиной 0,5—1 В. В данной схеме приложение обратного напряжения к этому переходу исключается благодаря диоду V3. Диод VI исключает возможность повышения напряжения на переходе эмиттер— коллектор транзистора при его закрытии (2]. Резистор R3 ограничивает ток через переход УЭ—К, а резистор R4 с сопротивлением 51 Ом предотвращает ложное включение тиристора при действии помех.

Время импульса управления ^и должно с запасом превышать время включения тиристора ^Вкл.т- После исчезновения тока управления тиристор остается включенным, если его ток больше тока удерживания /уд.т. Включение тиристора происходит при размыкании цепи К, блок-контактом БК отключенного выключателя.

Надежное включение тиристора обеспечивается, если нагрузочная характеристика источника управляющего сшнала (прямая 3

Устройство четырехслойного тиристора и его эквивалентные схемы приведены на 20, а. Внешнее напряжение от источника питания подается на верхний (анод А) и нижний (катод К) слои в полярности: плюс на ргслой и минус — на %-слой. При этом на средний %—р2-переход напряжение подается в запирающей полярности, вследствие чего через тиристор протекает лишь сравнительно небольшой ток /а ( 20, г). По мере увеличения анодного напряжения Ua энергия носителей заряда, проходящих через запертый %—р2-переход, возрастает, пока не оказывается столь большой, что возникает ударная ионизация атомов полупроводника в зоне пг—р2-перехода, ток резко — лавинообразно — увеличивается и сопротивление тиристора становится весьма малым. Процесс включения тиристора можно трактовать и по-другому: эквивалентная схема тиристора может быть представлена в виде двух последовательно-параллельно включенных биполярных транзисторов (см. 20, б, в) со структурой рг—пг—р2 (где рх — эмиттер Эг\ % — база Б^, р2 — коллектор /d) и пг— Ра—пъ (гДе % — коллектор /<С2; Р2 — база ?2; да — эмиттер 32), вследствие чего коллекторный ток одного транзистора является базовым током другого. Это приводит к тому, что если в цепи базы одного транзистора появится ток, то появится усиленный ток и в его коллекторной цепи, который пойдет в базу второго транзистора и после усиления попадет опять в базу первого транзистора, и процесс вновь и вновь будет повторяться, пока оба транзистора не откроются полностью и падение напряжения на них не уменьшится до 1—2 В. Таким образом, можно говорить о том, что включение тиристора обусловлено положительной обратной связью: воздействие с выхода системы вновь и вновь усиленным

Включение тиристора можно осуществить и при малых анодных напряжениях, значительно меньших напряжения самопроизвольного напряжения включения ?/вкл (см. 20, г). Это достигается подачей импульса тока в отпирающей полярности в одну из баз в трехэлектродных тиристорах или в обе базы одновременно (в бинисторах). При этом тиристор переходит во включенное состояние, что показано на 20, г пунктиром.

которого включена нагрузка — обмотка электромагнита. Чтобы уменьшить напряжение на обмотке при выключении, ее шунтируют диодом Д2. Включение тиристора осуществляется через импульсный трансформатор Тр импульсом iBX. Для выключения тиристора необходимо разомкнуть ключ /С/. В качестве К1 можно использовать транзистор в ключевом режиме.

ни поступает импульс /ВХ1 (входные импульсы одновременно могут действовать только на один вход). Происходит включение тиристора Д1 и выключение — Д2. При этом UCl = f/OCT + ^R, t/c2 = E, где t/OCT — напряжение на включенном тиристоре.

В трехфазных схемах "с изолированной нейтралью работа тиристоров всех фаз взаимосвязана и имеет свои особенности. Допустим, система находится в режиме нулевой проводимости «О». Найдем логическую функцию, описывающую включение тиристоров в режим трехфазной проводимости ABC. При этом одновременно смогут работать только определенные тройки тиристоров, два из которых проводят ток в одном направлении, а третий — в обратном:

В трехфазных схемах с изолированной нейтралью работа тиристоров всех фаз взаимосвязана и имеет свои особенности. Допустим, система находится в режиме нулевой проводимости «О». Найдем логическую функцию, описывающую включение тиристоров в режим трехфазной проводимости ABC. При этом одновременно смогут работать только определенные тройки тиристоров, два из которых проводят ток в одном направлении, а третий — в обратном:

Как указывалось выше, после включения тиристора обе его базы насыщаются носителями заряда, а анодный ток обусловливается только внешней нагрузкой и ЭДС в контуре и практически не зависит от изменения тока управления. Следовательно, по механизму управления тиристор относится к дискретным приборам. Как правило, включение тиристоров в схемах производится подачей коротких импульсов с крутым фронтом на управляющий электрод.

Системы управления выпрямителями. Сущность управления выпрямленным напряжением заключается, как отмечалось, в задержке момента включения тиристора по отношению к моменту его естественного отпирания. Включение тиристоров со сдвигом фазы а (угол управ-

Преобразование постоянного напряжения в трехфазное переменное осуществляется коммутацией тиристоров VI — V6, работающих в определенной последовательности. Время открытого состояния каждого тиристора составляет 2/3 полупериода выходного напряжения (длительность открытого состояния тиристоров равна 120°); последовательность включения тиристоров отвечает их нумерации по схеме, т. е. сначала включается VI, через 60° включается V2 и т. д. до V6. После V6 вновь VI и т. д. через каждую V0 периода выходного напряжения. В каждый момент времени вне коммутации открыты одновременно два тиристора. Включение тиристоров осуществляется подачей положительного импульса на управляющий электрод от БУИ. Для выключения тиристоров необходимо ток, протекающий через него, довести до нуля. Это достигается с помощью коммутирующих контуров LC', например, при включении V3 через ранее открытый VI происходит разряд конденсатора С и VI закрывается.

Из уравнения (3-15) определим Rm, из (3-13) — wz, из (3-12) — Wi. Неравенства (3-14) и (3-16) служат для проверки. Если неравенство (3-14) не выполняется, то следует увеличить размер сердечника. На 3-20 приведена схема бесконтактного переключателя, в котором в качестве коммутирующих элементов используются тиристоры Д1 и Д2, Для выключения тиристоров используются емкости С1, С2 и резистор R. Включение тиристоров Д1, Д2 осуществляется

групп, включенных встречно-параллельно. При раздельном управлении не допускается одновременная подача управляю»* щих импульсов на тиристоры обеих групп, включенных встречно-параллельно. При раздельном управлении не допускается одновременная подача управляющих импульсов на тиристоры обеих групп. Большинство реверсивных преобразователей, выпускаемых отечественной промышленностью, выполняются с раздельным управлением, обеспечивающим повышенные технико-экономические показатели. При раздельном управлении для того, чтобы не допустить одновременной работы тиристоров обеих групп, применяется логическое устройство (ЛУ), которое вырабатывает команды на снятие управляющих импульсов с группы тиристоров, окончившей работу, и подачу импульсов на включение тиристоров неработавшей, группы.

Используют и другой тип инвертора — инвертор тока, в котором не может возникать больших пиков токов, а коммутирующие устройства существенно упрощаются ( 6.8, б). На входе такого инвертора включают мощный реактор Lex> вследствие чего ток в нем практически неизменен и равен току нагрузки (i=IH). При включенном состоянии тиристоров 77 и Т4 ток в нагрузке проходит от начала фазы к концу, а коммутирующий конденсатор Ск заряжается с полярностью, показанной на схеме. Когда нужно изменить направление тока в нагрузке, подают отпирающие импульсы управления на тиристоры Т2 и ТЗ. При этом разрядный ток коммутирующего конденсатора ускоряет включение тиристоров Т2 и ТЗ и способствует выключению тиристоров 77 и Т4. Затем конденсатор перезаряжается, изменяя свою полярность, и оказывается подготовленным к следующему циклу изменения тока'

18-16. Тиристоры в схемах: а — условные обозначения в схемах; б — последовательное включение тиристоров

Включение тиристоров

3.63, Встречно-параллельное включение тиристоров