Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Вінницький національний технічний університет

Факультет РТЗП

Кафедра Електроніки

Реферат на тему: «Тиристори»

Виконав: Ст. гр. МЕ-14б Кирилюк П.І.

Перевірив: д. т. н., проф. Білинський Й.Й.

Вінниця 2016

Зміст

Вступ

1. Будова та принцип дії тиристорів

2. Види тиристорів

3. Тиристори в електричному колі

4. Захист тиристорів

Висновки

Список використаної літератури

тиристор електричний комутація напруга

Вступ

Тиристор - це перемикальний напівпровідниковий прилад, що проводить струм тільки в одному напрямку. Цей радіоелемент часто порівнюють з керованим діодом і називають напівпровідниковим керованим вентилем (англ. Silicon Controlled Rectifier, SCR).

Тиристор має три виводи: анод, катод, та керуючий електрод -- використовується для переведення тиристора у відкритий стан. Тиристор поєднує в собі функції випрямляча та вимикача. Часто він використовується як регулятор, головним чином, коли схема живиться змінною напругою. Основні властивості тиристора:

· тиристор, як і діод, проводить струм в одному напрямку, проявляючи себе як випрямляч;

· тиристор переводиться з вимкненого стану в увімкнений при подачі сигналу на керуючий електрод і, як вимикач, має два стійкі стани. Проте для повернення тиристора у вимкнений стан необхідно виконати спеціальні умови;

· керуючий струм, необхідний для переводу тиристора із вимкненого стану в увімкнений, є малим, порівняно зі струмом який може проходити в напрямку анод - катод (декілька міліампер при робочому струмі в декілька ампер і навіть в декілька десятків ампер).

· середній струм через навантаження, включене послідовно з тиристором, можна точно регулювати залежно від тривалості сигналу на керуючому електроді. Тиристор в цьому випадку працює як регулятор потужності.

1. Будова та принцип дії тиристорів

Тиристор є силовим електронним не повністю керованим ключем, який може сигналом управління переводитися тільки в провідний стан, тобто включатися. Для його виключення (при роботі на постійному струмі) необхідно приймати спеціальні заходи, що забезпечують спадання прямого струму до нуля.

Тиристорний ключ може проводити струм лише у одному напрямі, а в закритому стані здатний витримати як пряму, так і зворотну напругу.

Тиристор має чотиришарову p-n-p-n-структуру з трьома виводами: анод (A), катод (C) і керуючий електрод (G), що відображено на рис. 1

Рис. 1 Звичайний тиристор: a) - умовно-графічне позначення; б) - вольт-амперна характеристика

На рис. 1, б) представлено сімейство вихідних статичних ВАХ при різних значеннях струму управління І_G. Гранична пряма напруга, що витримується тиристором без його включення, має максимальні значення при І_G = 0. При збільшенні струму І_G пряма напруга, що витримується тиристором, знижується. Ввімкненому стану тиристора відповідає гілка II, вимкненому - гілка I, процесу включення - гілка III. Утримуючий струм або струм утримання дорівнює мінімально допустимому значенню прямого струму І_A, при якому тиристор залишається в провідному стані. Цьому значенню відповідає мінімально можливе значення прямого падіння напруги на включеному тиристорі.

Гілка IV являє собою залежність струму витоку від зворотної напруги. При перевищенні зворотною напругою значення UBO починається різке зростання зворотного струму, пов'язане з пробоєм тиристора. Характер пробою може відповідати незворотному процесу або процесу лавинного пробою, властивого роботі напівпровідникового стабілітрона.

Тиристори є найбільш потужними електронними ключами, здатних комутувати кола з напругою до 5 кВ і струмами до 5 кА при частоті 1 кГц

2. Види тиристорів

Тиристори є найбільш потужними електронними ключами, використовуваними для комутації високовольтних і потужнострумових кіл. Проте вони мають суттєвий недолік - неповну керованість, яка проявляється в тому, що для їх виключення необхідно створити умови зниження прямого струму до нуля. Це у багатьох випадках обмежує і ускладнює використання тиристорів.

Для усунення цього недоліку розроблено тиристори, заблокування сигналу по керуючому електроду G. Такі тиристори називають замикаючими (GTO - Gate turn-off thyristor) або двухопераціоними.

Замикаючі тиристори (ЗТ) мають чотиришарову р-п-р-п структуру, але в той же час володіють рядом істотних конструктивних особливостей, які надають їм принципово відмінне від традиційних тиристорів - властивість повної керованості. Статична ВАХ замикаючих тиристорів в прямому напрямку ідентична ВАХ звичайних тиристорів. Однак блокувати більші зворотні напруги замикаючий тиристор зазвичай не здатний і часто поєднується з зустрічно-паралельно включених діодом. Крім того, для замикаючих тиристорів характерні значні падіння прямої напруги. Для виключення замикаючого тиристора необхідно подати в ланцюг керуючого електрода потужний імпульс негативного струму (приблизно 1:5 по відношенню до значення прямого вимикаємо струму), але короткої тривалості (10-100 мкс).

Замикаючиі тиристори також мають більш низькі значення граничних напруг і струмів (приблизно на 20-30 %) у порівнянні з звичайними тиристорами.

Крім замикаючих тиристорів розроблена широка гама тиристорів різних типів, що відрізняються швидкодією, процесами управління, напрямком струму в провідному стані і т. д. Серед них слід відзначити наступні типи:

* тиристор-діод, який еквівалентний тиристору із зустрічно-паралельно включених діодом (рис. 2,a);

* діодний тиристор (діністор), що переходить у провідний стан при перевищенні певного рівня напруги, прикладеної між А і С (рис. 2,b);

* замикаючий тиристор (рис. 2,c);

* симетричний тиристор або симистор, який еквівалентний двом зустрічно-паралельно включених тиристорам (рис. 2,d);

* швидкодіючий інверторний тиристор (час вимикання 5-50 мкс);

* тиристор з польовим управлінням по керуючому електроду, наприклад, на основі комбінації МДН-транзистора з тиристором;

* оптотиристор, керований світловим потоком.

Рис. 2 Умовно-графічне позначення тиристорів: a) - тиристор-діод; b) діодний тиристор (діністор); c) - тиристор, що замикається; d) - симистор

3. Тиристори в електричному колі

Тиристор в колі постійного струму

Включення звичайного тиристора здійснюється подачею імпульсу струму в ланцюг управління позитивного щодо катода, полярності. На тривалість перехідного процесу при включенні значний вплив мають характер навантаження (активний, індуктивний та ін.), амплітуда і швидкість наростання імпульсу струму управління І_G, температура напівпровідникової структури тиристора, прикладена напруга І струм навантаження. В ланцюзі, що містить тиристор, не повинно виникати неприпустимих значень швидкості наростання прямогї напруги dU_AC/dt, при яких може відбутися мимовільне включення тиристора при відсутності сигналу керування І_G і швидкості наростання струму dІ_A/dt. У той же час крутизна сигналу керування повинна бути високою.

Серед способів вимикання тиристорів прийнято розрізняти природне вимикання (або природну комутацію) і примусове (або штучну комутацію). Природна комутація відбувається при роботі тиристорів в ланцюгах змінного струму в момент спаду струму до нуля.

Рис. 3 Способи штучної комутації тиристорів: а) - за допомогою зарядженого конденсатора С; б) - за допомогою коливального розряду LC-контуру; в) - за рахунок коливального характеру навантаження

При комутації за схемою на рис. 3,а підключення комутуючого конденсатора із зворотною полярністю, наприклад іншим допоміжним тиристором, викличе його розряд на провідний основний тиристор. Так як розрядний струм конденсатора спрямований зустрічно прямому струму тиристора, останній знижується до нуля і тиристор вимкнеться.

У схемі на рис. 3,б підключення LC-контуру викликає коливальний розряд комутуючого конденсатора С_К. При цьому на початку розрядний струм протікає через тиристор зустрічно його прямому струму, коли вони стають рівними, тиристор вимикається. Далі струм LC-контура переходить з тиристора VS у діод VD. Поки через діод VD протікає струм контуру, до тиристора VS буде прикладена зворотна напруга, рівна падінню напруги на відкритому діоді.

У схемі на рис. 3,включення тиристора VS на комплексну RLC-навантаження викличе перехідний процес. При певних параметрах навантаження цей процес може мати коливальний характер з зміною полярності струму навантаження І_Н. У цьому випадку після вимикання тиристора VS відбувається включення діода VD, який починає проводити струм протилежної полярності. Іноді цей спосіб комутації називається квазіприроднім, так як він пов'язаний із зміною полярності струму навантаження.

Тиристор в колі змінного струму

При включенні тиристора в коло змінного струму можливе здійснення наступних операцій:

* включення і відключення електричного кола з активним і активно-реактивним навантаженням;

* зміна середнього та діючого значення струму через навантаження за рахунок того, що є можливість регулювати момент подачі сигналу керування.

Так як тиристорний ключ здатний проводити електричний струм тільки в одному напрямку, то для використання тиристорів на змінному струмі застосовується їх зустрічно-паралельне включення (рис. 4,а).

Рис. 4 Зустрічно-паралельне включення тиристорів (а) і форма струму при активному навантаженні (б)

Середнє та діюче значення струму варіюються за рахунок зміни моменту подачі на тиристори VS1 і VS2 відкривають сигнали, тобто за рахунок зміни кута (рис. 4,б). Значення цього кута для тиристорів VS1 і VS2 при регулюванні змінюється одночасно за допомогою системи управління. Кут називається кутом управління або кутом відмикання тиристора.

Найбільш широке застосування в силових електронних апаратах отримали фазове (рис. 4,а,б) і широтно-імпульсне керування тиристорами (рис. 4,в).

Рис. 5 Вид напруги на навантаженні при: а) - фазового керування тиристором; б) - фазового керування тиристором з примусовою комутацією; в) - широтно-імпульсному управлінні тиристором

При фазовому методі управління тиристором з примусовою комутацією регулювання струму навантаження можливе як за рахунок зміни кута б, так і кута и. Штучна комутація здійснюється за допомогою спеціальних сайтів або при використанні повністю керованих (замикаючих) тиристорів.

При широтно-імпульсному управлінні (широтно-імпульсної модуляції - ШІМ) протягом часу Т_відк на тиристори поданий керуючий сигнал, вони відкриті і до навантаження прикладена напруга U_н. Протягом часу Т_закр керуючий сигнал відсутній і тиристори знаходяться в непровідному стані. Діюче значення струму в навантаженні

де І_н.м. - струм навантаження при Т_закр = 0.

Крива струму в навантаженні при фазовому керування тиристорами не синусоїдальна, що викликає спотворення форми напруги живильної мережі і порушення в роботі споживачів, чутливих до високочастотних перешкод - виникає так звана електромагнітна несумісність.

4. Захист тиристорів

Тиристори є приладами, критичними до швидкостей наростання прямого струму dI_A/dt і прямої напруги dU_AC/dt. Тиристорам, як і діодам, притаманне явище протікання зворотного струму відновлення, різке спадання якого до нуля посилює можливість виникнення перенапруг з високим значенням dU_AC/dt. Такі перенапруження є наслідком різкого припинення струму в індуктивних елементах схеми, включаючи малі індуктивності монтажу. Тому для захисту тиристорів зазвичай використовують різні схеми ЦФТП, які в динамічних режимах здійснюють захист від неприпустимих значень dI_A/dt і dU_AC/dt.

У більшості випадків внутрішній індуктивний опір джерел напруги, що входять в коло включеного тиристора, виявляється достатнім, щоб не вводити додаткову індуктивність LS. Тому на практиці частіше виникає необхідність в ЦФТП, що знижують рівень і швидкість перенапруг при вимиканні (рис. 6).

Рис. 6 Типова схема захисту тиристора

Для цієї мети зазвичай використовують RC-кола, що підключаються паралельно тиристору. Існують різні схемотехнічні модифікації RC-кіл та методики розрахунку їх параметрів для різних умов використання тиристорів.

Висновки

1. Було розглянуто будову та принцип дії тиристора, його властивості у колі змінного та постійного струмів, його вольт-амперну характеристику. Принцип роботи ґрунтується на напівпровідникових кристалах, електронної та діркової провідності.

2. Даний прилад можна розглядати і застосовувати в якості електронного вимикача або ключа, які управляються за допомогою навантаження слабкими сигналами, а також можуть перемикатися з одного режиму в інший. Загальна кількість сучасних тиристорів розділяється за способом управління і за ступенем провідності, що означає один напрям або два (такі прилади називають також симістора).

3. На основі аналізу джерел було встановлено, що тиристори - напівпровідникові прилади, які являються одними з фундаментальних у сучасній високотоковій електроніці, маючи широкий спектр властивостей. Завдяки яким сфера застосування даних приладів досить різноманітна - це електронні ключі, сучасні системи CDI, механічно керовані випрямлячі, диммери або регулятори потужності, а також інверторні перетворювачі.

Список використаної літератури

1. Тиристоры: принцип действия, конструкции, типы и способы включения [Електронний ресурс]. Режим доступу до ресурсу: http://electricalschool.info/main/455-tiristory-princip-dejjstvija.html.

2. Тиристор [Електронний ресурс]. Режим доступу до ресурсу: https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B8%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80 .

3. Тиристори - їх види і основні характеристики [Електронний ресурс]. Режим доступу до ресурсу:h http://goldmail.info/poradi/tiristori-їx-vidi-i-osnovni-xarakteristiki.html .

4. Григорьев О.П. Тиристоры справочник/ Григорьев О.П. М.: «Радио и связь», 1990.

5. Голомедов А.В. Полупроводниковые приборы/ Голомедов А.В. М.: «Радио и связь», 1988. с. 416.

Размещено на Allbest.ru