categorii: Articole prezentate » Electricieni novici
Număr de vizualizări: 17667
Comentarii la articol: 0

De ce invertoarele moderne folosesc tranzistoare, nu tiristori

 

De ce invertoarele moderne folosesc tranzistoare, nu tiristori

Tiristorii aparțin dispozitivelor semiconductoare cu structura p-n-p-n și, de fapt, aparțin unei clase speciale tranzistoare bipolare, dispozitive de tranziție cu patru straturi, trei (sau mai multe) cu conductivitate alternativă.

Dispozitivul tiristor îi permite să funcționeze ca o diodă, adică să treacă curent într-o singură direcție.

Dispozitiv tiristor

Și, de asemenea, ca un tranzistor cu efect de câmp, tiristoare există un electrod de control. Mai mult decât atât, ca diodă, tiristorul are o particularitate - fără injectarea purtătorilor de sarcină minoritari prin electrodul de control nu va intra într-o stare de conducere, adică nu se va deschide.

Model tiristor simplificat

Un model tiristor simplificat ne permite să înțelegem că electrodul de control aici este similar cu baza unui tranzistor bipolar, cu toate acestea, există o limitare că este posibil să deblocați tiristorul folosind această bază, dar nu poate fi blocat.

tiristoare

Tiristorul, precum un tranzistor puternic cu efect de câmp, poate schimba curenți semnificanți. Și spre deosebire de tranzistorii cu efect de câmp, puterile comutate cu tiristor pot fi măsurate în megawati la tensiuni de operare mari. Însă tiristorii au un dezavantaj grav - un timp semnificativ de oprire.

Pentru a bloca tiristorul, este necesară întreruperea sau reducerea semnificativă a curentului direct pentru o perioadă de timp suficient de lungă, timp în care purtătorii de sarcină principală fără echilibru, perechi de electroni-găuri, ar avea timp să se recombine sau să se rezolve. Până la întreruperea curentului, tiristorul va rămâne într-o stare de conducere, adică va continua să se comporte ca diode.

Circuitul de comutare a curentului sinusoidal AC

Circuitele de comutare a curentului sinusoidal AC asigură tiristorilor un mod de funcționare adecvat - o tensiune sinusoidală păstrează tranziția în direcția opusă, iar tiristorul este blocat automat. Dar pentru a menține funcționarea dispozitivului, este necesar să aplicați un impuls de control de deblocare la electrodul de control în fiecare jumătate de ciclu.

În circuitele cu curent continuu, acestea apelează la circuite auxiliare suplimentare, a căror funcție este de a reduce cu forță curentul de anod al tiristorului și de a-l readuce la starea de blocare. Și de vreme ce operatorii de încărcare se recombină atunci când sunt blocați, viteza de comutare a tiristorului este mult mai mică decât cea a unui tranzistor cu efect de câmp puternic.

Dacă comparăm timpul de închidere completă a tiristorului cu timpul de închidere completă a tranzistorului cu efect de câmp, diferența ajunge de mii de ori: un tranzistor cu efect de câmp are nevoie de mai multe nanosecunde (10-100 ns) pentru a se închide, iar tiristorul are nevoie de mai multe microsecunde (10-100 μs). Simte diferența.

Desigur, există domenii de aplicare a tiristoarelor în care tranzistoarele cu efect de câmp nu rezistă concurenței cu acestea. Pentru tiristoare, practic nu există restricții asupra puterii comutate maxime permise - acesta este avantajul acestora.

Tiristorii controlează megawati de putere în centralele mari, în mașinile de sudare industriale schimbă curentul de sute de amperi și, în mod tradițional, controlează cuptoarele cu inducție de megawatt din fabricile de oțel. Aici, tranzistorii cu efect de câmp nu sunt aplicabili în niciun fel. În convertoarele cu putere medie, tranzistorii cu efect de câmp câștigă.


O oprire lungă a tiristorului, așa cum s-a menționat mai sus, se explică prin faptul că atunci când este pornit, trebuie să elimini tensiunea colectorului și, ca un tranzistor bipolar, tiristorul necesită un timp fin pentru a recombina sau a elimina purtătorii minoritari.

Problemele care provoacă tiristorii în legătură cu această particularitate sunt legate în principal de incapacitatea de a comuta la viteze mari, așa cum pot face tranzistorii cu efect de câmp.Și chiar înainte ca tensiunea colectorului să fie aplicată tiristorului, tiristorul trebuie să fie închis, altfel pierderile de putere de comutare sunt inevitabile, semiconductorul se va supraîncălzi.

Cu alte cuvinte, limitarea dU / dt limitează performanța. Un complot de disipare a puterii în funcție de curent și la timp ilustrează această problemă. Temperatura ridicată din interiorul cristalului tiristor nu poate provoca doar o alarmă falsă, ci și să interfereze cu comutarea.

Grafic de disipare a puterii în funcție de timpul curent și de pornire

În invertoarele rezonante pe tiristoare, problema de blocare este rezolvată de la sine, unde creșterea polarității inversă duce la blocarea tiristorului, cu condiția ca expunerea să fie destul de lungă.

Acest lucru dezvăluie principalul avantaj al tranzistoarelor cu efect de câmp asupra tiristoarelor. Tranzistoarele cu efect de câmp sunt capabile să funcționeze la frecvențe de sute de kilohertz, iar controlul de astăzi nu este o problemă.

Tiristorii vor funcționa în mod fiabil la frecvențe de până la 40 de kilograme, mai aproape de 20 de kilograme. Aceasta înseamnă că, dacă tiristoarele ar fi folosite în invertoarele moderne, atunci dispozitivele cu o putere suficient de mare, să zicem, 5 kilowati, ar fi foarte greoaie.

În acest sens, tranzistoarele cu efect de câmp fac invertoarele mai compacte, datorită dimensiunii și greutății mai mici a miezurilor transformatoarelor și ale cocoloașelor.

Cu cât frecvența este mai ridicată, cu atât dimensiunile mai mici sunt necesare transformatoarelor și a apăsării pentru a converti aceeași putere, este cunoscut tuturor celor care sunt familiarizați cu circuitele convertoarelor de impulsuri moderne.

Desigur, în unele aplicații, tiristoarele sunt foarte utile, de exemplu dimmers pentru a regla luminozitatea luminiicare operează cu o frecvență de rețea de 50 Hz, în orice caz, este mai rentabil să fabricați pe tiristoare, sunt mai ieftine decât dacă s-ar folosi tranzistoare cu efect de câmp acolo.

Invertor de sudură

Și în invertoare de sudurăDe exemplu, este mai rentabil să folosiți tranzistoare cu efect de câmp, tocmai datorită ușurinței comutării comutării și vitezei mari a acestei comutări. Apropo, la trecerea de la tiristor la un circuit tranzistor, în ciuda costului ridicat al acestuia din urmă, componentele scumpe inutile sunt excluse din dispozitive.

Consultați și la i.electricianexp.com:

  • Tranzistoare cu efect bipolar și de câmp - care este diferența
  • IGBT-urile sunt principalele componente ale electronicelor electrice moderne
  • Metode și circuite pentru controlul tiristorului sau triacului
  • Cum să verificați dioda și tiristorul. 3 moduri simple
  • Cum se alege un tranzistor analogic

  •