Metode komutacije tiristora u energetskoj elektronici

Većina oprema pretvarača i napajanja s preklopnim načinom rada energetska elektronika komponente poput tiristora, MOSFET-a i ostalih moćnih poluvodičkih uređaja za visokofrekventne preklopne operacije pri velikim snagama. Uzmimo u obzir tiristore koje u nekoliko primjena vrlo često koristimo kao bistabilne sklopke. Ovi tiristori koriste prekidače za uključivanje i isključivanje. Za uključivanje tiristora postoje neke metode uključivanja tiristora koje se nazivaju tiristorske metode aktiviranja. Slično tome, za isključivanje tiristora postoje metode koje se nazivaju tiristorske komutacijske metode ili tehnike. Prije rasprave o tehnikama komutacije tiristora, moramo znati nešto o osnovama tiristora, kao što su tiristor, rad tiristora, različite vrste tiristora i metode uključivanja tiristora.

Što je tiristor?

Dva do četiri olovna poluvodička uređaja koja se sastoje od četiri sloja izmjeničnih materijala tipa N i P nazivaju se tiristori. Oni se obično koriste kao dvostabilni prekidači koji će se provoditi samo kada se aktivira terminal vrata tiristora. Tiristor se naziva i ispravljačem koji kontrolira silicij ili SCR.

Tiristor

Što je komutacija SCR-a?

Komutacija nije ništa drugo do metoda ISKLJUČIVANJA SCR-a. To je jedna metoda koja se koristi za prebacivanje SCR-a ili tiristora iz stanja ON u stanje OFF. Znamo da se SCR može aktivirati korištenjem signalnog signala prema SCR-u kada je u pristranosti preusmjeravanja. No SCR se mora isključiti kada je to potrebno za kontrolu napajanja, inače kondicioniranje snage.

Komutacijski krug za SCR

Kada se SCR pomakne u načinu vođenja prema naprijed, tada njegov terminal na vratima gubi kontrolu. Za to bi se trebao koristiti neki dodatni krug za isključivanje tiristora / SCR. Dakle, ovaj dodatni krug naziva se komutacijski krug.

Dakle, ovaj se izraz uglavnom koristi za prijenos struje iz jedne ane u drugu. Krug komutacije uglavnom smanjuje prednju struju na nulu da bi se ISKLJUČIO tiristor. Dakle, trebali bi biti zadovoljeni sljedeći uvjeti za isključivanje tiristora nakon što on provodi.

• Naprijed struja tiristora ili SCR trebala bi se smanjiti na nulu, inače pod razinom zadržavanja struje.
• Na SCR-u / tiristoru treba osigurati dovoljan reverzni napon da se oporavi njegovo stanje blokiranja naprijed.

Jednom kada se SCR ISKLJUČI smanjenjem naprijed struje na nulu, tada postoje različiti nosači naboja unutar različitih slojeva. Da bi se oporavilo stanje blokiranja tiristora prema naprijed, ove višak nosača naboja treba rekombinirati. Dakle, ova metoda rekombinacije može se ubrzati primjenom obrnutog napona na tiristoru.

Metode komutacije tiristora

Kao što smo gore proučavali, tiristor se može uključiti aktiviranjem vratne stezaljke s kratkotrajnim kratkotrajnim impulsom. Ali nakon uključivanja, neprekidno će se ponašati sve dok tiristor ne bude obrnuto pristran ili dok struja opterećenja ne padne na nulu. Ovo kontinuirano provođenje tiristora uzrokuje probleme u nekim primjenama. Proces koji se koristi za isključivanje tiristora naziva se komutacija. Procesom komutacije način rada tiristora mijenja se iz načina vođenja prema naprijed u način blokiranja prema naprijed. Dakle, za isključivanje se koriste metode komutacije tiristora ili tehnike komutacije tiristora.

Tehnike komutacije tiristora klasificiraju se u dvije vrste:

• Prirodna komutacija
• Prisilna komutacija

Prirodna komutacija

Općenito, ako uzmemo u obzir opskrbu izmjeničnom strujom, struja će teći kroz liniju prijelaza nule dok ide od pozitivnog do negativnog vrha. Tako će se istovremeno na uređaju pojaviti obrnuti napon koji će odmah isključiti tiristor. Taj se postupak naziva prirodna komutacija jer se tiristor prirodno isključuje bez upotrebe bilo kakvih vanjskih komponenata ili kruga ili napajanja u svrhe komutacije.

Prirodna komutacija može se primijetiti u regulatorima izmjeničnog napona, ispravljačima s faznim upravljanjem i ciklo pretvaračima.

Prisilna komutacija

Tiristor se može isključiti obrnutim pristravanjem SCR-a ili upotrebom aktivnih ili pasivnih komponenata. Tiristorska struja može se smanjiti na vrijednost ispod vrijednosti zadržavajuće struje. Budući da se tiristor prisilno isključuje, naziva se postupkom prisilne komutacije. The osnovna elektronika i električne komponente kao što su induktivitet i kapacitivnost koriste se kao komutacijski elementi u svrhu komutacije.

Prisilna komutacija može se primijetiti tijekom korištenja istosmjerne opskrbe, pa se stoga naziva i DC komutacijom. Vanjski krug koji se koristi za postupak prisilne komutacije naziva se komutacijski krug, a elementi koji se koriste u ovom krugu nazivaju se komutirajućim elementima.

Klasifikacija metoda prisilne komutacije

Ovdje se u nastavku govori o klasifikaciji metoda tiristorske komutacije. Njegova se klasifikacija uglavnom vrši ovisno o tome je li impuls komutacije trenutni impuls naponskog impulsa, je li povezan u seriju / paralelno kroz SCR koji treba komutirati, da li se signal daje putem pomoćnog ili glavnog tiristora, je li krug komutacije naplaćuje se iz pomoćnog ili glavnog izvora. Klasifikacija pretvarača uglavnom se može izvršiti na temelju mjesta komutacijskih signala. Prisilna komutacija može se klasificirati na različite metode kako slijedi:

• Klasa A: Samopromijenjen rezonantnim opterećenjem
• Klasa B: Samokomutira se LC krugom
• Klasa C: Cor L-C prebačen drugim SCR-om za prijenos tereta
• Klasa D: C ili L-C prebačena pomoćnim SCR-om
• Klasa E: Vanjski izvor impulsa za komutaciju
• Klasa F: komutacija izmjeničnog voda

Klasa A: Samokomutirani rezonantnim opterećenjem

Klasa A jedna je od često korištenih tehnika komutacije tiristora. Ako se tiristor aktivira ili uključi, punjenje će teći anodna struja kondenzator C s točkom kao pozitivnom. Potpuno prigušeni krug drugog reda tvori induktor ili AC otpornik , kondenzator i otpornik. Ako se struja nakuplja kroz SCR i završi poluciklus, tada će struja induktora teći kroz SCR u obrnutom smjeru što će isključiti tiristor.

Metoda komutacije tiristora klase A

Nakon komutacije tiristora ili isključivanja tiristora, kondenzator će se početi otpuštati od svoje vršne vrijednosti kroz otpor na eksponencijalni način. Tiristor će biti u obrnutom stanju pristranosti sve dok se napon kondenzatora ne vrati na razinu napona napajanja.

Klasa B: Samopromijenjen L-C krugom

Glavna razlika između metoda komutacije tiristora klase A i klase B je u tome što je LC povezan u seriju s tiristorima klase A, dok se paralelno s tiristorima klase B. Prije aktiviranja na SCR kondenzator napuni (točka označava pozitivan). Ako se SCR aktivira ili mu se da impulsni impuls, tada rezultirajuća struja ima dvije komponente.

Metoda komutacije tiristora klase B

Struja stalnog opterećenja koja teče kroz R-L opterećenje osigurava se velikom reaktancijom koja je serijski povezana s opterećenjem koja je stegnuta diodom slobodnog kotača. Ako sinusoidna struja teče kroz rezonantni L-C krug, tada se kondenzator C na kraju poluciklusa napuni točkom kao negativnom.

Ukupna struja koja prolazi kroz SCR postaje nula s obrnutom strujom koja prolazi kroz SCR suprotstavljajući se struji opterećenja za mali dio negativnog zamaha. Ako struja rezonantnog kruga ili reverzna struja postane samo veća od struje opterećenja, tada će se SCR ISKLJUČITI.

Klasa C: C ili L-C prebačena drugim SCR-om za prijenos tereta

U gornjim metodama komutacije tiristora primijetili smo samo jedan SCR, ali u ovim tehnikama komutacije tiristora klase C bit će dva SCR-a. Jedan se SCR smatra glavnim tiristorom, a drugi pomoćnim tiristorom. U ovoj klasifikaciji oba mogu djelovati kao glavni SCR-ovi koji nose struju opterećenja i mogu se konstruirati s četiri SCR-a s opterećenjem preko kondenzatora korištenjem izvora struje za napajanje integralnog pretvarača.

Metoda komutacije tiristora klase C

Ako se tiristor T2 aktivira, tada će se kondenzator napuniti. Ako se tiristor T1 aktivira, tada će se kondenzator isprazniti i ova struja pražnjenja C suprotstavit će se protoku struje opterećenja u T2 dok se kondenzator prebacuje preko T2 preko T1.

Klasa D: L-C ili C prebačena pomoćnim SCR-om

Metode komutacije tiristora klase C i klase D mogu se razlikovati od struje opterećenja u klasi D: samo jedan od SCR-a nosit će struju opterećenja, dok drugi djeluje kao pomoćni tiristor, dok će u klasi C oba SCR-a nositi struju opterećenja. Pomoćni tiristor sastoji se od otpornika na svojoj anodi koji ima otpor otprilike deset puta veći od otpora opterećenja.

Klasa D Tip

Pokretanjem Ta (pomoćni tiristor) kondenzator se puni do napona napajanja i tada će se Ta isključiti. Dodatni napon, ako postoji, zbog značajne induktivnosti na ulaznim vodovima ispraznit će se kroz krug dioda-induktor-opterećenje.

Ako se aktivira Tm (glavni tiristor), tada će struja teći u dvije staze: komutacijska struja protjecat će kroz C-Tm-L-D put, a struja opterećenja kroz teret. Ako se naboj na kondenzatoru obrne i zadrži na toj razini pomoću diode i ako se Ta ponovno pokrene, tada će se napon na kondenzatoru pojaviti preko Tm preko Ta. Tako će se isključiti glavni tiristor Tm.

Klasa E: Vanjski izvor impulsa za komutaciju

Za tehnike tiristorske komutacije klase E transformator ne može zasititi (jer ima dovoljan željezni i zračni razmak) i sposoban je nositi struju opterećenja s malim padom napona u usporedbi s naponom napajanja. Ako se tiristor T aktivira, tada će struja teći kroz teretni i impulsni transformator.

Klasa E Tip

Vanjski generator impulsa koristi se za generiranje pozitivnog impulsa koji se preko impulsnog transformatora dovodi na katodu tiristora. Kondenzator C napunjen je na oko 1v i smatra se da ima nultu impedansu za trajanje impulsa isključenja. Napon na tiristoru obrnut je impulsom iz električni transformator koja napaja reverznu struju oporavka i tijekom potrebnog vremena isključivanja drži negativni napon.

Klasa F: AC linija komutirana

U tehnikama komutacije tiristora klase F koristi se izmjenični napon za opskrbu i tijekom pozitivnog poluciklusa te opskrbe struja opterećenja će teći. Ako je opterećenje visoko induktivno, tada će struja ostati sve dok se energija pohranjena u induktivnom opterećenju ne rasipi. Tijekom negativnog polucikla kad struja opterećenja postane nula, tiristor će se isključiti. Ako napon postoji tijekom razdoblja nazivnog vremena isključivanja uređaja, tada će ga isključiti negativni polaritet napona na izlaznom tiristoru.

Klasa F Tip

Ovdje trajanje poluciklusa mora biti veće od vremena isključivanja tiristora. Ovaj postupak komutacije sličan je konceptu trofaznog pretvarača. Uzmimo u obzir, prvenstveno T1 i T11 provode s kutom aktiviranja pretvarača, koji je jednak 60 stupnjeva i radi u kontinuiranom načinu vođenja s visoko induktivnim opterećenjem.

Ako se tiristori T2 i T22 aktiviraju, tada se trenutna struja kroz dolazne uređaje neće podići na razinu struje opterećenja. Ako struja kroz ulazne tiristore dosegne razinu struje opterećenja, tada će se pokrenuti proces komutacije odlaznih tiristora. Ovaj obrnuti napon prednapona tiristora treba nastaviti dok se ne postigne stanje blokiranja prema naprijed.

Neuspjeh metoda tiristorskih komutacija

Kvar komutacije tiristora uglavnom se događa jer su oni komutirani linijom i pad napona može dovesti do neadekvatnog napona za komutaciju, pa uzrokuje kvar nakon što se uključi sljedeći tiristor. Dakle, neuspjeh komutacije javlja se iz nekoliko razloga, od kojih su neki opisani u nastavku.
Tiristori pružaju prilično sporo povratno vrijeme oporavka, tako da glavna reverzna struja može dovoditi u provodnu kondukciju. To može značiti 'struju kvara', koja se pojavljuje na ciklički način povezanim rasipanjem snage koja dolazi u vidljivo stanje kod kvara SCR-a.

U električnom krugu komutacija je u osnovi kada trenutni protok teče s jedne grane kruga na drugu. Neuspjeh komutacije uglavnom se događa kad promjena puta zakaže iz bilo kojeg razloga.
Za pretvarač ili ispravljački krug koji koristi SCR-ove može se dogoditi kvar komutacije iz dva osnovna razloga.

Ako se tiristor ne uspije uključiti, protok struje se neće prebaciti i metoda komutacije neće uspjeti. Slično tome, ako tiristor ne uspije ugasiti, tada struja struje može dijelom komutirati prema sljedećoj grani. Dakle, i ovo se smatra neuspjehom.

Razlika između tehnika prirodne komutacije i prisilne komutacije

Razlike između prirodne i prisilne komutacije razmatrane su u nastavku.

Tiristor se jednostavno može nazvati kontroliranim ispravljačem. Postoje različite vrste tiristora, koji se koriste za projektiranje na bazi energetske elektronike inovativni električni projekti . Proces uključivanja tiristora davanjem impulsa za okidanje na terminal vrata naziva se okidanje. Slično tome, postupak isključivanja tiristora naziva se komutacija. Nadam se da će ovaj članak dati kratke informacije o različitim tehnikama komutacije tiristora. Daljnja tehnička pomoć pružit će se na temelju vaših komentara i upita u odjeljku za komentare u nastavku.