Μέθοδοι μετατροπής Thyristor στα Power Electronics

Οι περισσότεροι απο εξοπλισμός μετατροπέα και χρήση τροφοδοτικών εναλλαγής ηλεκτρονικά ισχύος εξαρτήματα όπως θυρίστορ, MOSFET και άλλες συσκευές ημιαγωγών ισχύος για λειτουργίες εναλλαγής υψηλής συχνότητας σε βαθμολογίες υψηλής ισχύος. Σκεφτείτε τους θυρίστορ που χρησιμοποιούμε πολύ συχνά ως διακόπτες bistable σε πολλές εφαρμογές. Αυτοί οι θυρίστορ χρησιμοποιούν διακόπτες που πρέπει να ενεργοποιηθούν και να απενεργοποιηθούν. Για την ενεργοποίηση των θυρίστορ, υπάρχουν ορισμένες μέθοδοι ενεργοποίησης θυρίστορ που ονομάζονται μέθοδοι ενεργοποίησης θυρίστορ. Ομοίως, για την απενεργοποίηση των θυρίστορ, υπάρχουν μέθοδοι που ονομάζονται μέθοδοι ή τεχνικές μετατροπής θυρίστορ. Πριν συζητήσουμε τις τεχνικές μετατροπής θυρίστορ, πρέπει να γνωρίζουμε κάτι σχετικά με τα βασικά στοιχεία του θυρίστορ, όπως θυρίστορ, λειτουργία θυρίστορ, διαφορετικούς τύπους θυρίστορ και μεθόδους ενεργοποίησης θυρίστορ.

Τι είναι το Thyristor;

Δύο έως τέσσερις συσκευές ημιαγωγών μολύβδου που αποτελούνται από τέσσερα στρώματα εναλλασσόμενων υλικών τύπου Ν και Ρ ονομάζονται θυρίστορ. Αυτοί χρησιμοποιούνται γενικά ως διακόπτες δύο σταθερών, οι οποίοι θα λειτουργούν μόνο όταν ενεργοποιείται το τερματικό πύλης του θυρίστορ. Ένας θυρίστορ ονομάζεται επίσης ανορθωτής ελεγχόμενου πυριτίου ή SCR.

Θυριστόρ

Τι είναι η Μετατροπή της SCR;

Η εναλλαγή δεν είναι παρά η μέθοδος απενεργοποίησης ενός SCR. Είναι μια μέθοδος που χρησιμοποιείται για να φέρει ένα SCR ή θυρίστορ από κατάσταση ON σε κατάσταση OFF. Γνωρίζουμε ότι ένα SCR μπορεί να ενεργοποιηθεί χρησιμοποιώντας ένα σήμα πύλης προς ένα SCR όταν βρίσκεται σε μεροληψία προώθησης. Ωστόσο, το SCR πρέπει να απενεργοποιηθεί όταν απαιτείται για έλεγχο ισχύος, διαφορετικά η ρύθμιση ισχύος.

Κύκλωμα μετατροπής για SCR

Όταν ένα SCR κινείται στον τρόπο προώθησης της αγωγής, τότε το τερματικό πύλης του χάνει τον έλεγχό του. Για αυτό, πρέπει να χρησιμοποιηθεί κάποιο πρόσθετο κύκλωμα για να απενεργοποιήσετε το θυρίστορ / SCR. Έτσι, αυτό το πρόσθετο κύκλωμα ονομάζεται κύκλωμα μετατροπής.

Επομένως, αυτός ο όρος χρησιμοποιείται κυρίως για τη μεταφορά του ρεύματος από το ένα στο άλλο. Το κύκλωμα αλλαγής μειώνει κυρίως το προς τα εμπρός ρεύμα στο μηδέν για να απενεργοποιήσει το θυρίστορ. Επομένως, πρέπει να πληρούνται οι ακόλουθες προϋποθέσεις για να απενεργοποιήσετε το θυρίστορ μόλις το κάνει.

• Το μπροστινό ρεύμα του θυρίστορ ή του SCR θα πρέπει να μειωθεί στο μηδέν, διαφορετικά κάτω από το επίπεδο ρεύματος συγκράτησης.
• Θα πρέπει να παρέχεται άφθονη αντίστροφη τάση σε όλο το SCR / θυρίστορ για να ανακτήσει την κατάσταση εμπρόσθιας φραγής.

Μόλις το SCR απενεργοποιηθεί μειώνοντας το ρεύμα προς τα εμπρός στο μηδέν, τότε υπάρχουν πλεονάζοντες φορείς φόρτισης σε διαφορετικά επίπεδα. Για να ανακτήσετε την κατάσταση εμπρόσθιας φραγής του θυρίστορ, αυτοί οι φορείς φόρτισης πλεονάσματος πρέπει να ανασυνδυαστούν. Έτσι, αυτή η μέθοδος ανασυνδυασμού μπορεί να επιταχυνθεί εφαρμόζοντας μια αντίστροφη τάση στο θυρίστορ.

Μέθοδοι μετατροπής Thyristor

Όπως έχουμε μελετήσει παραπάνω, ένας θυρίστορ μπορεί να ενεργοποιηθεί ενεργοποιώντας ένα τερματικό πύλης με παλμό μικρής διάρκειας χαμηλής τάσης. Αλλά μετά την ενεργοποίηση, θα συνεχίσει να λειτουργεί έως ότου ο θυρίστορ έχει αντίστροφη πόλωση ή το ρεύμα φορτίου πέσει στο μηδέν. Αυτή η συνεχής αγωγή των θυρίστορ προκαλεί προβλήματα σε ορισμένες εφαρμογές. Η διαδικασία που χρησιμοποιείται για την απενεργοποίηση ενός θυρίστορ ονομάζεται αλλαγή. Με τη διαδικασία μετακίνησης, ο τρόπος λειτουργίας του θυρίστορ αλλάζει από τη λειτουργία αγώγιμης κίνησης σε λειτουργία μπλοκαρίσματος προς τα εμπρός. Έτσι, οι μέθοδοι μετατροπής θυρίστορ ή οι τεχνικές μετατροπής θυρίστορ χρησιμοποιούνται για να απενεργοποιηθούν.

Οι τεχνικές μετατροπής των θυρίστορ ταξινομούνται σε δύο τύπους:

• Φυσική μετακίνηση
• Αναγκαστική μετακίνηση

Φυσική μετακίνηση

Σε γενικές γραμμές, αν λάβουμε υπόψη την παροχή εναλλασσόμενου ρεύματος, το ρεύμα θα ρέει μέσω της μηδενικής γραμμής διέλευσης ενώ πηγαίνει από θετική κορυφή σε αρνητική κορυφή. Έτσι, μια αντίστροφη τάση θα εμφανιστεί ταυτόχρονα στη συσκευή, η οποία θα απενεργοποιήσει αμέσως το θυρίστορ. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται φυσική μετατροπή καθώς ο θυρίστορ απενεργοποιείται φυσικά χωρίς τη χρήση εξωτερικών εξαρτημάτων ή κυκλώματος ή τροφοδοσίας για σκοπούς μετατροπής.

Φυσική μεταβολή μπορεί να παρατηρηθεί σε ελεγκτές τάσης AC, ανορθωτές ελεγχόμενης φάσης και μετατροπείς κυκλο.

Αναγκαστική μετακίνηση

Ο θυρίστορ μπορεί να απενεργοποιηθεί με αντίστροφη πόλωση του SCR ή χρησιμοποιώντας ενεργά ή παθητικά εξαρτήματα. Το ρεύμα Thyristor μπορεί να μειωθεί σε τιμή κάτω από την τιμή του ρεύματος συγκράτησης. Δεδομένου ότι ο θυρίστορ απενεργοποιείται βίαια ονομάζεται διαδικασία αναγκαστικής αλλαγής. ο βασικά ηλεκτρονικά και ηλεκτρικά εξαρτήματα όπως η αυτεπαγωγή και η χωρητικότητα χρησιμοποιούνται ως στοιχεία μετακίνησης για σκοπούς μετατροπής.

Η αναγκαστική αλλαγή μπορεί να παρατηρηθεί κατά τη χρήση τροφοδοσίας DC, επομένως ονομάζεται επίσης εναλλαγή DC. Το εξωτερικό κύκλωμα που χρησιμοποιείται για τη διαδικασία αναγκαστικής μετατροπής ονομάζεται κύκλωμα μετατροπής και τα στοιχεία που χρησιμοποιούνται σε αυτό το κύκλωμα ονομάζονται στοιχεία μεταγωγής.

Ταξινόμηση μεθόδων καταναγκαστικής μετατροπής

Εδώ, η ταξινόμηση των μεθόδων μετατροπής θυρίστορ συζητείται παρακάτω. Η ταξινόμησή του γίνεται κυρίως ανάλογα με το εάν ο παλμός μεταγωγής είναι ένας τρέχων παλμός ενός παλμού τάσης, εάν συνδέεται σε σειρά / παράλληλα μέσω του SCR που πρόκειται να μετατραπεί, εάν το σήμα δίνεται μέσω ενός βοηθητικού ή κύριου θυρίστορ, αν το κύκλωμα αλλαγής φορτίζεται από μια βοηθητική ή κύρια πηγή. Η ταξινόμηση των μετατροπέων μπορεί να γίνει κυρίως με βάση την τοποθεσία των σημάτων μεταγωγής. Η αναγκαστική μεταβολή μπορεί να ταξινομηθεί σε διαφορετικές μεθόδους ως εξής:

• Κλάση Α: Αυτομετατροπή από ένα ηχητικό φορτίο
• Κλάση Β: Αυτομετατροπή από κύκλωμα LC
• Κατηγορία C: Cor L-C εναλλαγή από άλλο SCR που φέρει φορτίο
• Κατηγορία D: C ή L-C εναλλαγή από βοηθητικό SCR
• Κατηγορία Ε: Μια εξωτερική πηγή παλμού για μετατροπή
• Κατηγορία F: Μετατροπή γραμμής AC

Κατηγορία Α: Αυτομετασχηματίζεται από ένα φορτίο συντονισμού

Η τάξη Α είναι μία από τις τεχνικές μετατροπής θυρίστορ που χρησιμοποιούνται συχνά. Εάν το θυρίστορ ενεργοποιηθεί ή ενεργοποιηθεί, τότε θα ρέει ρεύμα ανόδου με φόρτιση πυκνωτής C με τελεία ως θετική. Το δευτερεύον κύκλωμα χαμηλής απόσβεσης σχηματίζεται από το πηνίο ή αντίσταση AC , πυκνωτής και αντίσταση. Εάν το ρεύμα συσσωρευτεί μέσω του SCR και ολοκληρώσει τον μισό κύκλο, τότε το ρεύμα επαγωγής θα ρέει μέσω του SCR στην αντίστροφη κατεύθυνση που θα απενεργοποιήσει το θυρίστορ.

Μέθοδος μετατροπής κατηγορίας Α Thyristor

Μετά την αλλαγή του θυρίστορ ή την απενεργοποίηση του θυρίστορ, ο πυκνωτής θα αρχίσει να αποφορτίζει από την μέγιστη τιμή του μέσω της αντίστασης με εκθετικό τρόπο. Το θυρίστορ θα είναι σε κατάσταση αντίστροφης πόλωσης έως ότου η τάση του πυκνωτή επιστρέψει στο επίπεδο τάσης τροφοδοσίας.

Κλάση Β: Αυτομετατροπή από κύκλωμα L-C

Η κύρια διαφορά μεταξύ των μεθόδων μετατροπής θυρίστορ κατηγορίας Α και κατηγορίας Β είναι ότι το LC συνδέεται εν σειρά με το θυρίστορ στην κατηγορία Α, ενώ παράλληλα με το θυρίστορ στην κατηγορία Β. Πριν ενεργοποιηθεί το SCR, ο πυκνωτής φορτίζεται (η ένδειξη σημείου θετικός). Εάν το SCR ενεργοποιείται ή δοθεί ένας παλμός ενεργοποίησης, τότε το ρεύμα που προκύπτει έχει δύο συστατικά.

Μέθοδος μεταγωγής Thyristor κατηγορίας Β

Το συνεχές ρεύμα φορτίου που ρέει μέσω του φορτίου R-L διασφαλίζεται από τη μεγάλη αντίδραση που συνδέεται εν σειρά με το φορτίο που στερεώνεται με μια δίοδο ελεύθερης περιστροφής. Εάν το ημιτονοειδές ρεύμα ρέει μέσω του συντονισμένου κυκλώματος L-C, τότε ο πυκνωτής C φορτίζεται με τελεία ως αρνητική στο τέλος του μισού κύκλου.

Το συνολικό ρεύμα που ρέει μέσω του SCR γίνεται μηδέν με το αντίστροφο ρεύμα που ρέει μέσω του SCR να αντιτίθεται στο ρεύμα φορτίου για ένα μικρό κλάσμα της αρνητικής ταλάντευσης. Εάν το ρεύμα συντονισμού ή το αντίστροφο ρεύμα γίνει πολύ μεγαλύτερο από το ρεύμα φορτίου, τότε το SCR θα απενεργοποιηθεί.

Κατηγορία C: C ή L-C Εναλλαγή από άλλο φορτίο SCR

Στις παραπάνω μεθόδους μετατροπής θυρίστορ, παρατηρήσαμε μόνο ένα SCR, αλλά σε αυτές τις τεχνικές μετατροπής κατηγορίας Γ του θυρίστορ, θα υπάρχουν δύο SCR. Το ένα SCR θεωρείται ως ο κύριος θυρίστορ και ο άλλος ως βοηθητικός θυρίστορ. Σε αυτήν την ταξινόμηση, και οι δύο μπορεί να λειτουργούν ως κύριες SCR που φέρουν ρεύμα φορτίου και μπορούν να σχεδιαστούν με τέσσερις SCR με φορτίο στον πυκνωτή χρησιμοποιώντας μια πηγή ρεύματος για την παροχή ενός ολοκληρωμένου μετατροπέα.

Μέθοδος μετατροπής κατηγορίας C Thyristor

Εάν ενεργοποιηθεί ο θυρίστορ Τ2, τότε ο πυκνωτής θα φορτιστεί. Εάν ενεργοποιηθεί ο θυρίστορ Τ1, τότε ο πυκνωτής θα εκφορτιστεί και αυτό το ρεύμα εκφόρτισης του C θα αντισταθεί στη ροή του ρεύματος φορτίου στο Τ2 καθώς ο πυκνωτής αλλάζει πέρα ​​από το Τ2 μέσω του Τ1.

Κατηγορία D: L-C ή C Εναλλαγή από βοηθητικό SCR

Οι μέθοδοι μετατροπής θυρίστορ κατηγορίας C και D μπορούν να διαφοροποιηθούν με το ρεύμα φορτίου στην κλάση D: μόνο ένα από τα SCR θα φέρει το ρεύμα φορτίου ενώ το άλλο ενεργεί ως βοηθητικό θυρίστορ, ενώ στην κατηγορία Γ και τα δύο SCR θα φέρουν ρεύμα φορτίου. Ο βοηθητικός θυρίστορ αποτελείται από μια αντίσταση στην άνοδό της που έχει αντίσταση περίπου δέκα φορές την αντίσταση φορτίου.

Κατηγορία Δ Τύπος

Ενεργοποιώντας το Ta (βοηθητικό θυρίστορ) ο πυκνωτής φορτίζεται μέχρι την παροχή τάσης και στη συνέχεια το Ta θα απενεργοποιηθεί. Η επιπλέον τάση, εάν υπάρχει, λόγω σημαντικής αυτεπαγωγής στις γραμμές εισόδου θα εκφορτωθεί μέσω του κυκλώματος φόρτισης διόδου-επαγωγέα.

Εάν το Tm (κύριο θυρίστορ) ενεργοποιηθεί, τότε το ρεύμα θα ρέει σε δύο διαδρομές: το ρεύμα μεταγωγής θα ρέει μέσω της διαδρομής C-Tm-L-D και το ρεύμα φορτίου θα ρέει μέσω του φορτίου. Εάν η φόρτιση στον πυκνωτή αντιστραφεί και διατηρηθεί σε αυτό το επίπεδο χρησιμοποιώντας τη δίοδο και εάν το Ta ενεργοποιηθεί ξανά, τότε η τάση στον πυκνωτή θα εμφανιστεί κατά μήκος του Tm μέσω Ta. Έτσι, ο κύριος θυρίστορ Tm θα απενεργοποιηθεί.

Κατηγορία Ε: Εξωτερική πηγή παλμού για μετατροπή

Για τις τεχνικές μετατροπής θυρίστορ κατηγορίας Ε, ένας μετασχηματιστής δεν μπορεί να κορεστεί (καθώς διαθέτει επαρκές διάκενο σιδήρου και αέρα) και ικανός να μεταφέρει το ρεύμα φορτίου με μικρή πτώση τάσης σε σύγκριση με την τάση τροφοδοσίας. Εάν ενεργοποιηθεί ο θυρίστορ Τ, τότε το ρεύμα θα ρέει μέσω του μετασχηματιστή φορτίου και παλμού.

Κατηγορία Ε Τύπος

Μια εξωτερική γεννήτρια παλμών χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ενός θετικού παλμού που παρέχεται στην κάθοδο του θυρίστορ μέσω ενός μετασχηματιστή παλμού. Ο πυκνωτής C φορτίζεται περίπου στο 1v και θεωρείται ότι έχει μηδενική σύνθετη αντίσταση για τη διάρκεια παλμού απενεργοποίησης. Η τάση κατά μήκος του θυρίστορ αντιστρέφεται από τον παλμό από το ηλεκτρικός μετασχηματιστής που παρέχει το αντίστροφο ρεύμα ανάκτησης και για τον απαιτούμενο χρόνο απενεργοποίησης διατηρεί την αρνητική τάση.

Κατηγορία F: Μετατροπή γραμμής AC

Στις τεχνικές μετατροπής θυρίστορ κατηγορίας F, χρησιμοποιείται εναλλακτική τάση για παροχή και, κατά τη διάρκεια του θετικού μισού κύκλου αυτής της τροφοδοσίας, το ρεύμα φορτίου θα ρέει. Εάν το φορτίο είναι πολύ επαγωγικό, τότε το ρεύμα θα παραμείνει έως ότου διαλυθεί η ενέργεια που αποθηκεύεται στο επαγωγικό φορτίο. Κατά τη διάρκεια του αρνητικού μισού κύκλου καθώς το ρεύμα φορτίου γίνεται μηδέν, τότε ο θυρίστορ θα σβήσει. Εάν υπάρχει τάση για μια περίοδο του ονομαστικού χρόνου απενεργοποίησης της συσκευής, τότε η αρνητική πολικότητα της τάσης στο εξερχόμενο θυρίστορ θα την απενεργοποιήσει.

Κατηγορία ΣΤ

Εδώ, η διάρκεια του μισού κύκλου πρέπει να είναι μεγαλύτερη από τον χρόνο απενεργοποίησης του θυρίστορ. Αυτή η διαδικασία μετατροπής είναι παρόμοια με την έννοια ενός τριφασικού μετατροπέα. Ας εξετάσουμε, κυρίως τα T1 και T11 διεξάγονται με τη γωνία ενεργοποίησης του μετατροπέα, η οποία είναι ίση με 60 μοίρες και λειτουργεί σε συνεχή λειτουργία αγωγής με πολύ επαγωγικό φορτίο.

Εάν ενεργοποιηθούν οι θυρίστορ T2 και T22, τότε το ρεύμα μέσω των εισερχόμενων συσκευών δεν θα αυξηθεί στο επίπεδο του ρεύματος φόρτωσης. Εάν το ρεύμα μέσω των εισερχόμενων θυρίστορ φτάσει το επίπεδο ρεύματος φορτίου, τότε θα ξεκινήσει η διαδικασία μετακίνησης των εξερχόμενων θυρίστορ. Αυτή η αντίστροφη τάση πόλωσης του θυρίστορ πρέπει να συνεχιστεί έως ότου επιτευχθεί η κατάσταση εμπρόσθιας φραγής.

Αποτυχία μεθόδων μετατροπής Thyristor

Η αποτυχία μετατροπής θυρίστορ συμβαίνει κυρίως επειδή μετατοπίζονται στη γραμμή και η πτώση τάσης μπορεί να οδηγήσει σε ανεπαρκή τάση για μετακίνηση, οπότε προκαλεί σφάλμα όταν ενεργοποιηθεί ο ακόλουθος θυρίστορ. Έτσι, η αποτυχία μεταβολής συμβαίνει για πολλούς λόγους, μερικοί από τους οποίους συζητούνται παρακάτω.
Οι θυρίστορ παρέχουν αρκετά αργό χρόνο ανάστροφης ανάκτησης, έτσι ώστε το κύριο αντίστροφο ρεύμα να τροφοδοτεί την αγωγιμότητα προώθησης. Αυτό μπορεί να σημαίνει «σφάλμα ρεύματος», το οποίο εμφανίζεται με κυκλικό τρόπο από τη σχετική απόρριψη ισχύος που εμφανίζονται στην αποτυχία SCR.

Σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, η αλλαγή είναι βασικά όταν η ροή ρεύματος ρέει από έναν κλάδο του κυκλώματος σε έναν άλλο. Μια αποτυχία μετατροπής εμφανίζεται κυρίως όταν η αλλαγή στη διαδρομή αποτύχει για οποιονδήποτε λόγο.
Για ένα κύκλωμα μετατροπέα ή ανορθωτή, το οποίο χρησιμοποιεί SCR, μπορεί να συμβεί αστοχία αλλαγής λόγω δύο βασικών λόγων.

Εάν ένας θυρίστορ δεν ενεργοποιηθεί, τότε η ροή του ρεύματος δεν θα αλλάξει και η μέθοδος αλλαγής θα μειωθεί. Ομοίως, εάν ένας θυρίστορ πέσει σύντομα για να απενεργοποιηθεί, τότε η ροή του ρεύματος μπορεί εν μέρει να μετακινηθεί προς τον επόμενο κλάδο. Αυτό λοιπόν θεωρείται επίσης αποτυχία.

Διαφορά μεταξύ τεχνικών φυσικής μετακίνησης και καταναγκαστικής μετακίνησης

Οι διαφορές μεταξύ φυσικής μετακίνησης και αναγκαστικής αλλαγής συζητούνται παρακάτω.

Ένας θυρίστορ μπορεί απλά να ονομαστεί ελεγχόμενος ανορθωτής. Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι θυρίστορ, οι οποίοι χρησιμοποιούνται για το σχεδιασμό ηλεκτρονικών ισχύος καινοτόμα ηλεκτρικά έργα . Η διαδικασία ενεργοποίησης του θυρίστορ παρέχοντας παλμούς ενεργοποίησης στο τερματικό πύλης ονομάζεται ενεργοποίηση. Ομοίως, η διαδικασία απενεργοποίησης του θυρίστορ ονομάζεται αλλαγή. Ελπίζω αυτό το άρθρο να δώσει σύντομες πληροφορίες σχετικά με τις διαφορετικές τεχνικές μετατροπής του θυρίστορ. Περαιτέρω τεχνική βοήθεια θα παρέχεται βάσει των σχολίων και των ερωτημάτων σας στην παρακάτω ενότητα σχολίων.