Thyristors: ఆపరేషన్ సూత్రం, డిజైన్, రకాలు మరియు చేర్చే పద్ధతులు

థైరిస్టర్ యొక్క ఆపరేషన్ సూత్రం

థైరిస్టర్ అనేది పవర్ ఎలక్ట్రానిక్, పూర్తిగా నియంత్రించలేని స్విచ్. అందువల్ల, కొన్నిసార్లు సాంకేతిక సాహిత్యంలో దీనిని సింగిల్-ఆపరేషన్ థైరిస్టర్ అని పిలుస్తారు, ఇది నియంత్రణ సిగ్నల్ ద్వారా మాత్రమే నిర్వహించే స్థితికి మారవచ్చు, అనగా అది ఆన్ చేయబడుతుంది. దాన్ని ఆపివేయడానికి (డైరెక్ట్ కరెంట్ ఆపరేషన్‌లో), డైరెక్ట్ కరెంట్ సున్నాకి పడిపోతుందని నిర్ధారించడానికి ప్రత్యేక చర్యలు తీసుకోవాలి.

థైరిస్టర్ స్విచ్ ఒక దిశలో మాత్రమే కరెంట్‌ను నిర్వహించగలదు మరియు క్లోజ్డ్ స్టేట్‌లో ఇది ఫార్వర్డ్ మరియు రివర్స్ వోల్టేజ్ రెండింటినీ తట్టుకోగలదు.

థైరిస్టర్ మూడు లీడ్స్‌తో నాలుగు-పొరల p-n-p-n నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంది: యానోడ్ (A), కాథోడ్ (C) మరియు గేట్ (G), ఇది అంజీర్‌లో చూపబడింది. 1

అన్నం. 1. సంప్రదాయ థైరిస్టర్: a) — సంప్రదాయ గ్రాఫిక్ హోదా; బి) - వోల్ట్-ఆంపియర్ లక్షణం.

అంజీర్ లో. 1b కంట్రోల్ కరెంట్ iG యొక్క విభిన్న విలువలలో అవుట్‌పుట్ స్టాటిక్ I — V లక్షణాల కుటుంబాన్ని చూపుతుంది. థైరిస్టర్ ఆన్ చేయకుండా తట్టుకోగల పరిమితి ఫార్వర్డ్ వోల్టేజ్ గరిష్ట విలువలను iG = 0 వద్ద కలిగి ఉంటుంది.కరెంట్ పెరిగినప్పుడు, థైరిస్టర్ తట్టుకోగల వోల్టేజీని iG తగ్గిస్తుంది. థైరిస్టర్ యొక్క ఆన్ స్థితి బ్రాంచ్ IIకి అనుగుణంగా ఉంటుంది, ఆఫ్ స్టేట్ బ్రాంచ్ Iకి అనుగుణంగా ఉంటుంది మరియు మారే ప్రక్రియ బ్రాంచ్ IIIకి అనుగుణంగా ఉంటుంది. హోల్డింగ్ కరెంట్ లేదా హోల్డింగ్ కరెంట్ థైరిస్టర్ నిర్వహించే కనీస అనుమతించదగిన ఫార్వర్డ్ కరెంట్ iAకి సమానం. ఈ విలువ ఆన్ థైరిస్టర్‌లో ఫార్వర్డ్ వోల్టేజ్ డ్రాప్ యొక్క కనీస సాధ్యం విలువకు కూడా అనుగుణంగా ఉంటుంది.

బ్రాంచ్ IV రివర్స్ వోల్టేజ్‌పై లీకేజ్ కరెంట్ యొక్క ఆధారపడటాన్ని సూచిస్తుంది. రివర్స్ వోల్టేజ్ UBO యొక్క విలువను అధిగమించినప్పుడు, రివర్స్ కరెంట్‌లో పదునైన పెరుగుదల ప్రారంభమవుతుంది, ఇది థైరిస్టర్ యొక్క వైఫల్యంతో సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. బ్రేక్‌డౌన్ యొక్క స్వభావం ఒక కోలుకోలేని ప్రక్రియ లేదా సెమీకండక్టర్ జెనర్ డయోడ్ యొక్క ఆపరేషన్‌లో అంతర్లీనంగా ఉండే హిమపాతం విచ్ఛిన్న ప్రక్రియకు అనుగుణంగా ఉండవచ్చు.

Thyristors అత్యంత శక్తివంతమైన ఎలక్ట్రానిక్ స్విచ్‌లు, 5 kV వరకు వోల్టేజ్‌లతో సర్క్యూట్‌లను మార్చగల సామర్థ్యం మరియు 1 kHz కంటే ఎక్కువ ఫ్రీక్వెన్సీ వద్ద 5 kA వరకు ప్రవాహాలు ఉంటాయి.

థైరిస్టర్ల రూపకల్పన అంజీర్లో చూపబడింది. 2.

అన్నం. 2. థైరిస్టర్ బాక్సుల రూపకల్పన: a) - టాబ్లెట్; బి) - ఒక పిన్

DC థైరిస్టర్

కాథోడ్‌కు సంబంధించి సానుకూల ధ్రువణతతో కంట్రోల్ సర్క్యూట్‌కు కరెంట్ పల్స్‌ను వర్తింపజేయడం ద్వారా సంప్రదాయ థైరిస్టర్ ఆన్ చేయబడింది. టర్న్-ఆన్ సమయంలో తాత్కాలిక వ్యవధి గణనీయంగా లోడ్ యొక్క స్వభావం (యాక్టివ్, ఇండక్టివ్, మొదలైనవి), నియంత్రణ ప్రస్తుత పల్స్ iG యొక్క వ్యాప్తి మరియు పెరుగుదల రేటు, థైరిస్టర్ యొక్క సెమీకండక్టర్ నిర్మాణం యొక్క ఉష్ణోగ్రత, అనువర్తిత వోల్టేజ్ మరియు లోడ్ కరెంట్.థైరిస్టర్‌ను కలిగి ఉన్న సర్క్యూట్‌లో, ఫార్వర్డ్ వోల్టేజ్ duAC / dt పెరుగుదల రేటుకు ఆమోదయోగ్యం కాని విలువలు ఉండకూడదు, ఇక్కడ నియంత్రణ సిగ్నల్ iG మరియు రేటు లేనప్పుడు థైరిస్టర్ యొక్క యాదృచ్ఛిక క్రియాశీలత సంభవించవచ్చు. ప్రస్తుత DIA / dt నుండి పెరుగుదల. అదే సమయంలో, నియంత్రణ సిగ్నల్ యొక్క వాలు ఎక్కువగా ఉండాలి.

థైరిస్టర్లను ఆపివేయడానికి మార్గాలలో, సహజమైన టర్న్-ఆఫ్ (లేదా సహజ మార్పిడి) మరియు బలవంతంగా (లేదా కృత్రిమ స్విచింగ్) మధ్య తేడాను గుర్తించడం ఆచారం. కరెంట్ సున్నాకి పడిపోతున్న సమయంలో థైరిస్టర్లు ఆల్టర్నేటింగ్ సర్క్యూట్‌లలో పనిచేస్తున్నప్పుడు సహజ కమ్యుటేషన్ జరుగుతుంది.

బలవంతంగా మారే పద్ధతులు చాలా వైవిధ్యమైనవి.వాటిలో అత్యంత విలక్షణమైనవి క్రిందివి: స్విచ్ S (Figure 3, a)తో ప్రీ-ఛార్జ్డ్ కెపాసిటర్ Cని కనెక్ట్ చేయడం; ముందుగా ఛార్జ్ చేయబడిన కెపాసిటర్ CK (Figure 3 b) తో LC సర్క్యూట్‌ను కనెక్ట్ చేయడం; లోడ్ సర్క్యూట్లో తాత్కాలిక ప్రక్రియ యొక్క ఓసిలేటరీ స్వభావం యొక్క ఉపయోగం (మూర్తి 3, సి).

అన్నం. 3. థైరిస్టర్ల కృత్రిమ స్విచింగ్ కోసం పద్ధతులు: a) - చార్జ్డ్ కెపాసిటర్ సి ద్వారా; బి) - LC సర్క్యూట్ యొక్క ఓసిలేటరీ డిచ్ఛార్జ్ ద్వారా; సి) - లోడ్ యొక్క హెచ్చుతగ్గుల స్వభావం కారణంగా

అంజీర్లోని రేఖాచిత్రం ప్రకారం మారినప్పుడు. 3 మరియు రివర్స్ పోలారిటీ యొక్క స్విచింగ్ కెపాసిటర్‌ను కనెక్ట్ చేయడం, ఉదాహరణకు మరొక సహాయక థైరిస్టర్‌కు, ఇది వాహక ప్రధాన థైరిస్టర్‌కు విడుదలయ్యేలా చేస్తుంది. కెపాసిటర్ యొక్క డిచ్ఛార్జ్ కరెంట్ థైరిస్టర్ యొక్క ఫార్వర్డ్ కరెంట్‌కు వ్యతిరేకంగా దర్శకత్వం వహించినందున, రెండోది సున్నాకి తగ్గుతుంది మరియు థైరిస్టర్ ఆఫ్ అవుతుంది.

అంజీర్ రేఖాచిత్రంలో. 3, b, LC సర్క్యూట్ యొక్క కనెక్షన్ స్విచింగ్ కెపాసిటర్ CK యొక్క డోలనం ఉత్సర్గకు కారణమవుతుంది.ఈ సందర్భంలో, ప్రారంభంలో, డిచ్ఛార్జ్ కరెంట్ దాని ఫార్వర్డ్ కరెంట్‌కు ఎదురుగా థైరిస్టర్ ద్వారా ప్రవహిస్తుంది, అవి సమానంగా మారినప్పుడు, థైరిస్టర్ ఆఫ్ అవుతుంది. అదనంగా, LC- సర్క్యూట్ యొక్క కరెంట్ థైరిస్టర్ VS నుండి డయోడ్ VDకి వెళుతుంది. డయోడ్ VD ద్వారా లూప్ కరెంట్ ప్రవహిస్తున్నప్పుడు, ఓపెన్ డయోడ్ అంతటా వోల్టేజ్ డ్రాప్‌కు సమానమైన రివర్స్ వోల్టేజ్ థైరిస్టర్ VSకి వర్తించబడుతుంది.

అంజీర్ రేఖాచిత్రంలో. 3, థైరిస్టర్ VSని సంక్లిష్టమైన RLC లోడ్‌కు కనెక్ట్ చేయడం వలన తాత్కాలికంగా మారుతుంది. లోడ్ యొక్క నిర్దిష్ట పారామితులతో, ఈ ప్రక్రియ లోడ్ కరెంట్ యొక్క ధ్రువణతలో మార్పుతో ఓసిలేటరీ పాత్రను కలిగి ఉంటుంది. ఈ సందర్భంలో, థైరిస్టర్ VSని ఆపివేసిన తర్వాత, డయోడ్ VD ఆన్ అవుతుంది, ఇది కరెంట్‌ను నిర్వహించడం ప్రారంభిస్తుంది. వ్యతిరేక ధ్రువణత. కొన్నిసార్లు స్విచ్చింగ్ యొక్క ఈ పద్ధతిని పాక్షిక-సహజంగా పిలుస్తారు, ఎందుకంటే ఇది లోడ్ కరెంట్ యొక్క ధ్రువణతలో మార్పును కలిగి ఉంటుంది.

AC థైరిస్టర్

థైరిస్టర్ AC సర్క్యూట్‌కు కనెక్ట్ చేయబడినప్పుడు, కింది కార్యకలాపాలు సాధ్యమే:

• క్రియాశీల మరియు క్రియాశీల-రియాక్టివ్ లోడ్తో ఎలక్ట్రిక్ సర్క్యూట్ను ఆన్ మరియు ఆఫ్ చేయడం;

• నియంత్రణ సిగ్నల్ యొక్క సమయాన్ని సర్దుబాటు చేయడం సాధ్యమవుతుందనే వాస్తవం కారణంగా లోడ్ ద్వారా సగటు మరియు ప్రభావవంతమైన ప్రస్తుత విలువలలో మార్పు.

థైరిస్టర్ స్విచ్ కేవలం ఒక దిశలో విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని నిర్వహించగల సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది కాబట్టి, ప్రత్యామ్నాయ ప్రస్తుత థైరిస్టర్ల ఉపయోగం కోసం, వారి సమాంతర కనెక్షన్ ఉపయోగించబడుతుంది (Fig. 4, a).

అన్నం. 4. థైరిస్టర్‌ల వ్యతిరేక సమాంతర కనెక్షన్ (a) మరియు యాక్టివ్ లోడ్‌తో కరెంట్ ఆకారం (బి)

సగటు మరియు సమర్థవంతమైన కరెంట్ థైరిస్టర్లు VS1 మరియు VS2 లకు ప్రారంభ సంకేతాలు వర్తించే సమయంలో మార్పు కారణంగా మారుతూ ఉంటాయి, అనగా. కోణాన్ని మార్చడం ద్వారా మరియు (Fig. 4, b).నియంత్రణ సమయంలో థైరిస్టర్లు VS1 మరియు VS2 కోసం ఈ కోణం యొక్క విలువలు నియంత్రణ వ్యవస్థ ద్వారా ఏకకాలంలో మార్చబడతాయి. కోణాన్ని థైరిస్టర్ యొక్క నియంత్రణ కోణం లేదా ఫైరింగ్ కోణం అంటారు.

పవర్ ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించే దశ (Fig. 4, a, b) మరియు పల్స్ వెడల్పుతో థైరిస్టర్ నియంత్రణ (Fig. 4, c).

అన్నం. 5. వద్ద లోడ్ వోల్టేజ్ రకం: a) - థైరిస్టర్ యొక్క దశ నియంత్రణ; బి) - బలవంతంగా కమ్యుటేషన్తో థైరిస్టర్ యొక్క దశ నియంత్రణ; c) - పల్స్ వెడల్పు thyristor నియంత్రణ

బలవంతంగా కమ్యుటేషన్‌తో థైరిస్టర్ నియంత్రణ యొక్క దశ పద్ధతిలో, లోడ్ కరెంట్‌ని నియంత్రించడం కోణాన్ని మార్చడం ద్వారా మరియు కోణాన్ని మార్చడం ద్వారా సాధ్యమవుతుంది.

Totkr సమయంలో పల్స్ వెడల్పు నియంత్రణ (పల్స్ వెడల్పు మాడ్యులేషన్ - PWM) తో, థైరిస్టర్‌లకు నియంత్రణ సిగ్నల్ వర్తించబడుతుంది, అవి తెరిచి ఉంటాయి మరియు వోల్టేజ్ అన్ లోడ్‌కు వర్తించబడుతుంది. Tacr సమయంలో, నియంత్రణ సిగ్నల్ ఉండదు మరియు థైరిస్టర్లు నాన్-కండక్టింగ్ స్థితిలో ఉంటాయి. లోడ్‌లో ఉన్న కరెంట్ యొక్క RMS విలువ

ఎక్కడ In.m. — Tcl = 0 వద్ద లోడ్ కరెంట్.

థైరిస్టర్‌ల దశ నియంత్రణతో లోడ్‌లో ప్రస్తుత వక్రత నాన్-సైనూసోయిడల్, ఇది సరఫరా నెట్‌వర్క్ యొక్క వోల్టేజ్ యొక్క ఆకృతిని వక్రీకరించడానికి మరియు అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ ఆటంకాలకు సున్నితంగా ఉండే వినియోగదారుల పనిలో ఆటంకాలను కలిగిస్తుంది - అని పిలవబడేది సంభవిస్తుంది. విద్యుదయస్కాంత అననుకూలత.

థైరిస్టర్‌లను లాక్ చేస్తోంది

అధిక వోల్టేజ్, అధిక కరెంట్ (అధిక కరెంట్) సర్క్యూట్‌లను మార్చడానికి ఉపయోగించే అత్యంత శక్తివంతమైన ఎలక్ట్రానిక్ స్విచ్‌లు Thyristors.అయినప్పటికీ, వారికి ముఖ్యమైన లోపం ఉంది - అసంపూర్ణ నియంత్రణ, వాటిని ఆపివేయడానికి, ఫార్వర్డ్ కరెంట్‌ను సున్నాకి తగ్గించడానికి పరిస్థితులను సృష్టించడం అవసరం అనే వాస్తవంలో వ్యక్తమవుతుంది. ఇది చాలా సందర్భాలలో థైరిస్టర్ల వినియోగాన్ని పరిమితం చేస్తుంది మరియు క్లిష్టతరం చేస్తుంది.

ఈ లోపాన్ని తొలగించడానికి, కంట్రోల్ ఎలక్ట్రోడ్ G నుండి సిగ్నల్ ద్వారా లాక్ చేయబడిన థైరిస్టర్‌లు అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి. అలాంటి థైరిస్టర్‌లను గేట్-ఆఫ్ థైరిస్టర్‌లు (GTO) లేదా డ్యూయల్-ఆపరేషన్ అంటారు.

లాకింగ్ thyristors (ZT) నాలుగు-పొర p-p-p-p నిర్మాణం కలిగి, కానీ అదే సమయంలో వాటిని సంప్రదాయ thyristors నుండి పూర్తిగా భిన్నంగా ఇచ్చే ముఖ్యమైన డిజైన్ లక్షణాలు అనేక ఉన్నాయి - పూర్తి నియంత్రణ ఆస్తి. ఫార్వర్డ్ దిశలో టర్న్-ఆఫ్ థైరిస్టర్‌ల యొక్క స్టాటిక్ I-V లక్షణం సాంప్రదాయ థైరిస్టర్‌ల యొక్క I-V లక్షణంతో సమానంగా ఉంటుంది. అయినప్పటికీ, లాక్-ఇన్ థైరిస్టర్ సాధారణంగా పెద్ద రివర్స్ వోల్టేజ్‌లను నిరోధించలేకపోతుంది మరియు తరచుగా వ్యతిరేక సమాంతర డయోడ్‌కు అనుసంధానించబడుతుంది. అదనంగా, లాక్-ఇన్ థైరిస్టర్లు ముఖ్యమైన ఫార్వర్డ్ వోల్టేజ్ చుక్కల ద్వారా వర్గీకరించబడతాయి. లాకింగ్ థైరిస్టర్‌ను ఆపివేయడానికి, క్లోజింగ్ ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క సర్క్యూట్‌కు ప్రతికూల కరెంట్ (స్థిరమైన ఆఫ్ కరెంట్ విలువకు సంబంధించి సుమారు 1: 5) యొక్క శక్తివంతమైన పల్స్‌ను వర్తింపజేయడం అవసరం, కానీ తక్కువ వ్యవధితో (10- 100 μs).

లాక్-ఇన్ థైరిస్టర్‌లు సాంప్రదాయ థైరిస్టర్‌ల కంటే తక్కువ కటాఫ్ వోల్టేజీలు మరియు కరెంట్‌లను (సుమారు 20-30% వరకు) కలిగి ఉంటాయి.

థైరిస్టర్ల యొక్క ప్రధాన రకాలు

లాక్-ఇన్ థైరిస్టర్‌లను మినహాయించి, వివిధ రకాలైన థైరిస్టర్‌ల విస్తృత శ్రేణి అభివృద్ధి చేయబడింది, వేగం, నియంత్రణ ప్రక్రియలు, వాహక స్థితిలో ప్రవాహాల దిశ మొదలైన వాటిలో విభిన్నంగా ఉంటాయి.వాటిలో, ఈ క్రింది రకాలను గమనించాలి:

• థైరిస్టర్ డయోడ్, ఇది యాంటీపరాలల్ కనెక్ట్ డయోడ్‌తో థైరిస్టర్‌కు సమానం (Fig. 6.12, a);

• డయోడ్ థైరిస్టర్ (డైనిస్టర్), ఒక నిర్దిష్ట వోల్టేజ్ స్థాయిని అధిగమించినప్పుడు వాహక స్థితికి మారడం, A మరియు C మధ్య వర్తించబడుతుంది (Fig. 6, b);

• లాకింగ్ థైరిస్టర్ (Fig. 6.12, c);

• సిమెట్రిక్ థైరిస్టర్ లేదా ట్రైయాక్, ఇది రెండు వ్యతిరేక సమాంతర కనెక్ట్ థైరిస్టర్‌లకు సమానం (Fig. 6.12, d);

• హై-స్పీడ్ ఇన్వర్టర్ థైరిస్టర్ (సమయం 5-50 μs);

• ఫీల్డ్ థైరిస్టర్, ఉదాహరణకు, థైరిస్టర్‌తో MOS ట్రాన్సిస్టర్ కలయిక ఆధారంగా;

• లైట్ ఫ్లక్స్ ద్వారా నియంత్రించబడే ఆప్టికల్ థైరిస్టర్.

అన్నం. 6. థైరిస్టర్స్ యొక్క సాంప్రదాయ గ్రాఫిక్ హోదా: ​​a) - థైరిస్టర్ డయోడ్; బి) - డయోడ్ థైరిస్టర్ (డైనిస్టర్); సి) - లాకింగ్ థైరిస్టర్; d) - ట్రైయాక్

థైరిస్టర్ రక్షణ

థైరిస్టర్లు ఫార్వర్డ్ కరెంట్ diA / dt మరియు వోల్టేజ్ డ్రాప్ duAC / dt పెరుగుదల రేటుకు కీలకమైన పరికరాలు. థైరిస్టర్‌లు, డయోడ్‌ల వంటివి, రివర్స్ రికవరీ కరెంట్ యొక్క దృగ్విషయం ద్వారా వర్గీకరించబడతాయి, దీని పదునైన డ్రాప్ సున్నాకి అధిక డ్యూఎసి / డిటి విలువతో ఓవర్‌వోల్టేజ్‌ల సంభావ్యతను పెంచుతుంది. ఇటువంటి ఓవర్వోల్టేజీలు సర్క్యూట్ యొక్క ఇండక్టివ్ ఎలిమెంట్స్‌లో కరెంట్ యొక్క ఆకస్మిక అంతరాయం ఫలితంగా ఉంటాయి. చిన్న ఇండక్టెన్స్ సంస్థాపన. అందువల్ల, వివిధ CFTCP పథకాలు సాధారణంగా థైరిస్టర్‌లను రక్షించడానికి ఉపయోగించబడతాయి, ఇవి డైనమిక్ మోడ్‌లలో diA / dt మరియు duAC / dt యొక్క ఆమోదయోగ్యం కాని విలువల నుండి రక్షణను అందిస్తాయి.

చాలా సందర్భాలలో, చేర్చబడిన థైరిస్టర్ యొక్క సర్క్యూట్‌లో చేర్చబడిన వోల్టేజ్ మూలాల యొక్క అంతర్గత ప్రేరక నిరోధకత సరిపోతుంది, తద్వారా అదనపు ఇండక్టెన్స్ LS ప్రవేశపెట్టబడదు.అందువల్ల, ఆచరణలో, ట్రిప్పింగ్ సర్జ్‌ల స్థాయి మరియు వేగాన్ని తగ్గించే CFTల అవసరం తరచుగా ఉంటుంది (Fig. 7).

అన్నం. 7. సాధారణ థైరిస్టర్ రక్షణ సర్క్యూట్

థైరిస్టర్‌తో సమాంతరంగా అనుసంధానించబడిన RC సర్క్యూట్‌లు సాధారణంగా ఈ ప్రయోజనం కోసం ఉపయోగించబడతాయి. RC సర్క్యూట్ల యొక్క వివిధ సర్క్యూట్ మార్పులు మరియు థైరిస్టర్ల ఉపయోగం యొక్క వివిధ పరిస్థితుల కోసం వాటి పారామితులను లెక్కించే పద్ధతులు ఉన్నాయి.

లాక్-ఇన్ థైరిస్టర్‌ల కోసం, సర్క్యూట్‌లు CFTT ట్రాన్సిస్టర్‌ల మాదిరిగానే స్విచింగ్ పాత్‌ను రూపొందించడానికి ఉపయోగించబడతాయి.