Тиристори: принцип роботи, перевірка і характеристики

У схемах і технічної документації часто використовуються різні терміни і знаки, але не всі початківці електрики знають їх значення. Пропонуємо обговорити, що таке силові тиристори для зварювання, їх принцип роботи, характеристики та маркування цих приладів.

Що таке тиристор і їх види

Багато хто бачив тиристори в гірлянді «Той, що біжить вогонь», це найпростіший приклад описуваного пристрою і як воно працює. Кремнієвий випрямляч або тиристор дуже схожий на транзистор. Це багатошарове напівпровідниковий пристрій, основним матеріалом якого є кремній, найчастіше в пластиковому корпусі. Через те, що його принцип роботи дуже схожий з ректифікаційної діодом (випрямні прилади змінного струму або діністори), на схемах позначення часто таке ж – це вважається аналог випрямляча.

Фото – Схема гірлянди біжить вогонь

• ABB замикаються тиристори (GTO),
• стандартні SEMIKRON,
• потужні лавинні типу ТЛ-171,
• оптронні (скажімо, ТО 142-12, 5-600 або модуль МТОТО 80),
• симетричні ТС-106-10,
• низькочастотні МТТ,
• симистор BTA 16-600B або ВТ для пральних машин,
• частотні ТБЧ,
• зарубіжні TPS 08,
• TYN 208.

Але в цей же час для високовольтних апаратів (печей, верстатів, іншої автоматики виробництва) використовують транзистори типу IGBT або IGCT.

Але, на відміну від діода, який є двошаровим (PN) тришарового транзистора (PNP, NPN), тиристор складається з чотирьох шарів (PNPN) і цей напівпровідниковий прилад містить три pn переходу. В такому випадку, діодні випрямлячі стають менш ефективними. Це добре демонструє схема управління тиристорами, а також будь-який довідник електриків (наприклад, в бібліотеці можна безкоштовно почитати книгу автора Замятін).

Тиристор – це односпрямований перетворювач змінного струму, тобто він проводить струм тільки в одному напрямку, але на відміну від діода, пристрій може бути зроблено для роботи в якості комутатора розімкнутої ланцюга або у вигляді ректифікованого діода постійного електроструму. Іншими словами, напівпровідникові тиристори можуть працювати тільки в режимі комутації і не можуть бути використані як прилади ампліфікації. Ключ на тиристори не здатний сам перейти в закрите положення.

Кремнієвий керований випрямляч є одним з декількох силових напівпровідникових приладів разом з симисторами, діодами змінного струму і одноперехідному транзисторами, які можуть дуже швидко перемикатися з одного режиму в інший. Такий тиристор називається швидкодіючим. Звичайно, велику роль тут відіграє клас приладу.

застосування тиристора

Призначення тиристорів може бути саме різне, наприклад, дуже популярний саморобний зварювальний інвертор на тиристорах, зарядний пристрій для автомобіля (тиристор в блоці живлення) і навіть генератор. Через те, що сам по собі прилад може пропускати як низькочастотні, так і високочастотні навантаження, його також можна використовувати для трансформатора для зварювальних апаратів (на їх мості використовуються саме такі деталі). Для контролю роботи деталі в такому випадку необхідний регулятор напруги на тиристори.

Фото – застосування тиристорів замість ЛАТРа

Не варто забувати і про тиристор запалювання для мотоциклів.

Опис конструкції і принцип дії

Тиристор складається з трьох частин: «Анод», «Катод» і «Вхід», що складається з трьох pn переходів, які можуть перемикатися з положень «ВКЛ» і «викл» на дуже високій швидкості. Але при цьому, він також може бути переключено з позиції «ВКЛ» з різної тривалості за часом, т. Е. Протягом декількох полупериодов, щоб доставити певну кількість енергії до навантаження. Робота тиристора можна краще пояснити, якщо припустити, що він буде складатися з двох транзисторів, пов’язаних один з одним, як пара комплементарних регенеративних перемикачів.

Найпростіші мікросхеми демонструють два транзистора, які поєднані таким чином, що струм колектора після команди «Пуск» надходить на NPN транзистора TR 2 канали безпосередньо в PNP-транзистора TR 1. У цей час ток з TR 1 надходить в канали в підстави TR 2. Ці два взаємозалежних транзистора розташовуються так, що база-емітер отримує струм від колектора-емітера іншого транзистора. Для цього потрібно паралельне розміщення.

Незважаючи на всі заходи безпеки, тиристор може мимоволі переходити з одного стану в інше. Це відбувається через різкого стрибка струму, перепаду температур і інших різних факторів. Тому перед тим, як купити тиристор КУ202Н, Т122 25, Т 160, Т 10 10, його потрібно не тільки перевірити тестером (продзвонити), але й ознайомитися з параметрами роботи.

Для початку обговорення цієї складної теми, перегляньте схему ВАХ-характеристик тиристора:

1. Відрізок між 0 і (Vвo, IL) повністю відповідає прямому замикання пристрою;
2. В ділянці Vво здійснюється положення «ВКЛ» тиристора;
3. Відрізок між зонами (Vво, IL) і (V н, Iн) – це перехідне положення у включеному стані тиристора. Саме в цій ділянці відбувається так званий діністорний ефект;
4. У свою чергу точки (Vн, Iн) показують на графіку пряме відкриття приладу;
5. Точки 0 і Vbr – це ділянка з замиканням тиристора;
6. Після цього слід відрізок Vbr – він позначає режим зворотного пробою.

Природно, сучасні високочастотні радіодеталі в схемі можуть впливати на вольт-амперні характеристики в незначній формі (охолоджувачі, резистори, реле). Також симетричні фототиристори, стабілітрони SMD, Оптотиристори, тріодних, оптронні, оптоелектронні і інші модулі можуть мати інші ВАХ.

Крім того, звертаємо Вашу увагу, що в такому разі захист пристроїв здійснюється на вході навантаження.

Перевірка тиристора

Перед тим, як купити прилад, потрібно знати, як перевірити тиристор мультиметром. Підключити вимірювальний прилад можна тільки до так званого тестеру. Схема, за якою можна зібрати такий пристрій, представлена нижче:

Відповідно до опису, до анода необхідно підвести напругу позитивного характеру, а до катода – негативного. Дуже важливо використовувати величину, яка відповідає дозволу тиристора. На кресленні показані резистори з номінальною напругою від 9 до 12 вольт, це означає, що напруга тестера трохи більше, ніж тиристора. Після того, як Ви зібрали прилад, можна починати перевіряти випрямляч. Потрібно натиснути на кнопку, яка подає імпульсні сигнали для включення.

Перевірка тиристора здійснюється дуже просто, на керуючий електрод кнопкою короткочасно подається сигнал на відкриття (позитивний щодо катода). Після цього якщо на тиристори загорілися вогні, що біжать, то пристрій вважається неробочим, але потужні прилади не завжди відразу реагують після надходження навантаження.

Фото – схема тестера для тиристорів

Крім перевірки приладу, також рекомендується використовувати спеціальні контролери або блок управління тиристорами і симисторами ОВЕН Бусто або інші марки, він працює приблизно так само, як і регулятор потужності на тиристори. Головною відмінністю є більш широкий спектр напруг.

Відео: принцип роботи тиристора

Технічні характеристики

Розглянемо технічні параметри тиристора серії КУ 202е. У цій серії видаються вітчизняні малопотужні пристрої, основне застосування яких обмежується побутовими приладами: його використовують для роботи електропечей, обігрівачів і т.д.

На кресленні нижче представлена цоколевка і основні деталі тиристора.

1. Встановлене зворотна напруга у відкритому стані (макс) 100 В
2. Напруга в закритому положенні 100 В
3. Імпульс у відкритому положенні – 30 А
4. Повторюваний імпульс у відкритому положенні 10 А
5. Середня напруга
6. Неотпірающее напруга> = 0, 2 В
7. Встановлений струм у відкритому положенні
8. Струм зворотний
9. Отпирающий ток постійного типу
10. Встановлене постійна напруга
11. Час включення
12. Час виключення

Включення пристрою здійснюється протягом мікросекунд. Якщо Вам знадобиться заміна описаного приладу, то проконсультуйтеся з продавцем-консультантом електромагазіна – він зможе підібрати аналог за схемою.

Ціна тиристора залежить від його марки і характеристик. Ми рекомендуємо купувати вітчизняні прилади – вони більш довговічні і відрізняються доступною вартістю. На стихійних ринках можна купити якісний потужний перетворювач до сотні рублів.

Тиристори – це що таке? Принцип роботи та характеристики тиристорів

Тиристори – це силові електронні ключі,керовані в повному обсязі. Нерідко у технічних книгах можна побачити ще одну назву цього приладу – одноопераційний тиристор. Інакше кажучи, під впливом управляючого сигналу він перетворюється на одне стан – провідне. Якщо конкретизувати, він включає ланцюг. Щоб вона вимикалася, необхідно створити спеціальні умови, які забезпечують падіння прямого струму в ланцюзі до нульового значення.

Особливості тиристорів

Тиристорні ключі проводять електричний струм.лише у прямому напрямі, причому у закритому стані він витримує як пряме, а й зворотне напруга. Структура тиристора чотиришарова, є три висновки:

У тиристорів є ціла родина вольт-ампернихПоказників, з них можна будувати висновки про стан елемента. Тиристори – це дуже потужні електронні ключі, вони здатні проводити комутацію ланцюгів, у яких напруга може досягати 5000 вольт, а сила струму – 5000 ампер (при цьому частота не перевищує 1000 Гц).

Робота тиристора в ланцюгах постійного струму

Звичайний тиристор включається шляхом подачі струмовогоімпульсу на керуючий висновок. Причому він має бути позитивним (стосовно катода). Тривалість перехідного процесу залежить від характеру навантаження (індуктивна, активна), амплітуди та швидкості наростання в ланцюзі управління імпульсу струму, температури кристала напівпровідника, а також прикладеного струму та напруги на наявні у схемі тиристори. Характеристики схеми залежать від виду використовуваного напівпровідникового елемента.

У тому ланцюгу, в якому знаходиться тиристор,неприпустиме виникнення великої швидкості наростання напруги. А саме такого значення, при якому відбувається мимовільне включення елемента (навіть якщо немає сигналу в ланцюзі управління). Але одночасно з цим у сигналу управління має бути дуже висока крутість характеристики.

Способи вимкнення

Можна виділити два типи комутації тиристорів:

А тепер докладніше про кожен вид.Природна виникає тоді, коли тиристор працює у ланцюзі змінного струму. Причому відбувається ця комутація тоді, коли струм падає до нульового значення. А ось здійснити примусову комутацію можна великою кількістю різних способів. Яке керування тиристором вибрати, вирішувати розробнику схеми, але варто поговорити про кожен тип окремо.

Найхарактернішим способом примусовоїкомутації є підключення конденсатора, який заздалегідь заряджений за допомогою кнопки (ключа). LC-ланцюг включається до схеми управління тиристором. Цей ланцюжок і містить повністю заряджений конденсатор. При перехідному процесі в ланцюгу навантаження відбуваються коливання струму.

Способи примусової комутації

Існує ще кілька типів примусовоїкомутації. Нерідко застосовують схему, в якій використовується комутуючий конденсатор, що має зворотну полярність. Наприклад, цей конденсатор може включатися в ланцюг за допомогою будь-якого допоміжного тиристора. У цьому станеться розряд на основний (робочий) тиристор. Це призведе до того, що у конденсатора струм, спрямований назустріч прямому струму основного тиристора, сприятиме зниженню струму в ланцюзі аж до нуля. Отже, відбудеться вимкнення тиристора. Це трапляється з тієї причини, що пристрій тиристора має свої особливості, характерні лише йому.

Існують також схеми, у яких підключаютьсяLC-ланцюжки. Вони розряджаються (причому з коливаннями). На початку струм розряду тече назустріч робітникові, а після зрівнювання їх значень відбувається вимикання тиристора. Після коливального ланцюжка струм перетікає через тиристор в напівпровідниковий діод. При цьому, поки тече струм, до тиристору прикладається деяка напруга. Воно по модулю дорівнює падінню напруги на діоді.

Робота тиристора в ланцюгах змінного струму

Якщо тиристор включити в ланцюг змінного струму, можна виконати такі операції:

1. Включити або вимкнути електричний ланцюг з активно-резистивним або активним навантаженням.
2. Змінити середнє та діюче значення струму, що проходить через навантаження завдяки можливості регулювати момент подачі сигналу управління.

У тиристорних ключів є одна особливість –вони проводять струм лише одному напрямку. Отже, якщо необхідно використовувати їх у ланцюгах змінного струму, доводиться застосовувати зустрічно-паралельне включення. Діючі та середні значення струму можуть змінюватися через те, що момент подачі сигналу на тиристори різний. При цьому потужність тиристора має відповідати мінімальним вимогам.

Фазовий метод керування

При фазовому методі керування з комутацієюпримусового типу відбувається регулювання навантаження завдяки зміні кутів між фазами. Штучну комутацію можна здійснити за допомогою спеціальних ланцюгів, або необхідно використовувати повністю керовані (замикаються) тиристори. На їх основі, як правило, виготовляють зарядний пристрій на тиристорі, який дозволяє регулювати силу струму в залежності від рівня зарядки акумуляторної батареї.

Широтно-імпульсне керування

Називають ще його ШІМ-модуляцією.Під час відкриття тиристорів подається сигнал керування. Переходи відкриті, але в навантаженні є певна напруга. Під час закриття (протягом усього перехідного процесу) не подається сигнал керування, отже тиристори не проводять струм. При здійсненні фазового управління струмова крива не синусоїдальна, відбувається зміна форми сигналу напруги живлення. Отже, відбувається також порушення роботи споживачів, які чутливі до високочастотних перешкод (з’являється несумісність). Нескладну конструкцію має регулятор на тиристорі, який без проблем дозволить змінити необхідну величину. І не потрібно застосовувати потужні ЛАТРи.

Тиристори замикаються

Тиристори – це дуже потужні електронні ключі,використовуються для комутації високих напруг та струмів. Але є у них одна величезна вада – управління неповне. А якщо конкретніше, то це проявляється тим, що для відключення тиристора потрібно створювати умови, за яких прямий струм знижуватиметься до нуля.

Саме ця особливість накладає деякіобмеження використання тиристорів, і навіть ускладнює схеми з їхньої основі. Щоб позбутися таких недоліків, були розроблені спеціальні конструкції тиристорів, які замикаються сигналом по одному електроду управління. Їх називають двоопераційними, або замикаються, тиристорами.

Конструкція тиристора, що замикається.

Чотиришарова структура р-п-р-п у тиристорівмає свої особливості. Вони надають їм відмінностей від звичайних тиристорів. Йдеться зараз про повну керованість елемента. Вольт-амперна характеристика (статична) при прямому напрямку така сама, як і у простих тиристорів. Ось тільки прямий струм тиристор може пропускати значно більший за значенням. Але функції блокування великої зворотної напруги у тиристорів, що замикаються, не передбачено. Тому необхідно з’єднувати його зустрічно-паралельно з напівпровідниковим діодом.

Характерна особливість тиристора, що замикається.це значне падіння прямої напруги. Щоб зробити відключення, слід здійснити подачу на висновок потужного імпульсу струму (негативного, у співвідношенні 1:5 до прямого значення струму). Але лише тривалість імпульсу має бути якнайменшою – 10. 100 мкс. Тиристори, що замикаються, мають більш низьке значення граничної напруги і струму, ніж звичайні. Різниця становить приблизно 25-30%.

Види тиристорів

Вище були розглянуті замикаються, але існуєще чимало типів напівпровідникових тиристорів, про які також варто згадати. У різних конструкціях (зарядні пристрої, перемикачі, регулятори потужності) використовуються певні типи тиристорів. Десь потрібно, щоб керування проводилося шляхом подачі потоку світла, отже, використовується оптотиристор. Його особливість полягає в тому, що в ланцюзі управління використовується кристал напівпровідника, чутливий до світла. Параметри тиристорів різні, у всіх свої особливості, характерні лише їм. Тому потрібно хоча б загалом уявляти, які види цих напівпровідників існують і де вони можуть застосовуватися. Отже, ось весь список та основні особливості кожного типу:

1. Діод-тиристор. Еквівалент цього елемента – тиристор, до якого підключено зустрічно-паралельно напівпровідниковий діод.
2. Діністор (діодний тиристор). Він може переходити до стану повної провідності, якщо перевищується певний рівень напруги.
3. Симистор (симетричний тиристор). Його еквівалент – два тиристори, включені зустрічно-паралельно.
4. Тиристор інверторний швидкодіючий відрізняється високою швидкістю комутації (5. 50 мкс).
5. Тиристори з керуванням польовим транзистором. Часто можна зустріти конструкції на основі МОП-транзисторів.
6. Оптичні тиристори, що керуються потоками світла.

Здійснення захисту елемента

Тиристори – це прилади, які критичнішвидкостям наростання прямого струму та прямої напруги. Для них, як і для напівпровідникових діодів, характерне таке явище, як перебіг зворотних струмів відновлення, яке дуже швидко і різко падає до нульового значення, посилюючи цим ймовірність виникнення перенапруги. Ця перенапруга є наслідком того, що різко припиняється струм у всіх елементах схеми, які мають індуктивність (навіть надмалі індуктивності, характерні для монтажу – дроти, доріжки плати). Для здійснення захисту необхідно використовувати різноманітні схеми, що дозволяють у динамічних режимах роботи захиститися від високих напруг та струмів.

Як правило, індуктивний опір джереланапруги, який входить у ланцюг працюючого тиристора, має таке значення, що його більш ніж достатньо для того, щоб надалі не включати до схеми деяку додаткову індуктивність. З цієї причини у практиці частіше використовується ланцюжок формування траєкторії перемикання, який значно знижує швидкість і рівень перенапруги у схемі при відключенні тиристора. Ємнісно-резистивні ланцюжки найчастіше використовуються з цією метою. Вони включаються з тиристором паралельно. Є досить багато видів схемотехнічних модифікацій таких ланцюгів, а також методик їх розрахунків, параметрів для роботи тиристорів у різних режимах та умовах. А ось ланцюг формування траєкторії перемикання тиристора, що замикається, буде такий же, як і у транзисторів.