Тиристоры: структура, принцип действия. Однофазные управляемые выпрямители

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЛЕКЦИЯ 2

ТИРИСТОРЫ: СТРУКТУРА, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ. ОДНОФАЗНЫЕ УПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

Принцип работы тиристора строится на следующем методе: в p-n переходе находятся неподвижные ионы примеси. Если к переходу приложить U обр., то он расширяется, образуя небольшой I обр. Восстановить проводимость перехода в этом случае можно, если в одну из областей тиристора примыкающей к переходу ввести от источника управления дополнительное количество носителей электрического тока. Тиристор- это фактически управляемый полупроводниковый диод. Тиристор- управляемый прибор с 3-мя и более p-n переходами, ВАХ которого имеет участок отрицательного сопротивления. Тиристор, как и диод, выпрямляет переменный ток лишь при подаче отпирающего напряжения на управляющий электрод. (УЭ)

Рисунок 1 - Тиристор: а, б - УГО тиристора с управлением соответственно по катоду и аноду; в- схема включения; г- ВАХ (?у, ?уд -токи соответственно управления и удержания), где УЭ- управл. электрод; ? у -управляющий ток; ?уд - ток удержания; ?вкл.- ток включения тиристора.

тиристор однофазный выпрямитель

Принцип действия и основные параметры тиристора. Из рис. 1,в видно что тиристор четырехслойный элемент, представляющий сочетание двух транзисторов p1-n1-p2 и n1-p2-n2. Переход П2 является коллекторным для обоих транзисторов. ВАХ тиристора приведена на рис.1, 2. Из рисунка 1, в, г видно, что, при Uпр.закр. > Еа переходы П1 и П3 смещены в прямом направлении, а переход П2, в обратном. Так протекающий в этом случае зависит от величины Еа и определяется токами инжекции переходов П1 и П2, такими рекомбинации не основных носителей заряда в n1 и p2 , а также эффектом лавинного размножения носителей зарядов в обратно - смещенном переходе П2 . Величина этого тока равна

І = І0/(1- h21б1- h21б2)

где І0 -сумма токов термогенерации и теплового тока в переходе П2 ; h21б1 и h21б2 -коэффициенты передачи элементарных токов от П1 и П3 к переходу П2.

С увеличением Еа ток через тиристор растет, так как увеличивается смещение в прямом направлении в П1 и П3 ,и лавинообразно увеличивается Iпр .При Uа = Uпр.закр.max резко растет Iпр ,а значит происходит небольшое снижение Uпр(Uа > Uс) из-за резкого уменьшения сопротивлений переходов П1,П2,П3.Тиристор открывается на участке cd, переходы П1, П2,П3 оказываются смещенными в прямом направлении и ток нагрузки Iа растет от точки а до точки d> и определяется величинами нагрузки Rн и Э.Д.С. источника Еа. Напряжение включения Uпр.закр.max можно снизить, если в область (базу) Р2 примыкающего к переходу П2 включить источник управления Еу ,с током управления Iу (это тринисторный режим).Ток Iу имеет форму коротких импульсов с крутыми фронтами( исключить затяжки «включения» и «выключения» тиристора). Причем длительности управления и включения тиристора должны соотноситься как фу=фвкл.тиристора. Причем величина импульса управления компенсирует отрицательное сопротивление переходаП2.При выключении(запирании ) тиристора достаточно изменить полярность Uа при снижении тока Iа(ток через нагрузку) до величины тока удержания ?уд.

ОДНОПОЛУПЕРИОДНЫЙ ТИРИСТОРНЫЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ. Согласно рис.2,а схема управления тиристором VD формирует на его управляющем выводе импульс напряжения, сдвинутый относительно момента Uвх=0 на некоторый угол ?,называемый углом включения. Этот импульс при условии Uвх >0 включает тиристор. При активной нагрузке Rн тиристор VD автоматически выключается в тот момент времени, когда его напряжение приближается к нулю. Таким образом при наличии сигнала управления длительность включенного состояния тиристора определяется выражением

tu =(T/2)(1-?/р), (2.1)

где Т-период колебания входного напряжения. С учетом сказанного, для среднего значения напряжения на нагрузке можно записать

Uн.ср = Uвх.dщt = (1+cosб) (2.2)

Согласно рисунку 2,б принцип управления тиристором фазоимпульсный (вертикальный)

Рисунок 2 - Однофазный однополупериодный выпрямитель на тиристоре: а- схема электрическая функциональная, б- временные диаграммы работы при разных величинах угла

Из рисунка 2,б,в,г видно при tu1=Т/2 и тиристор полностью открыт в течении положительных полуволн питающего напряжения. При tu2=(Т/2)(3/4)=3Т8, т.е. время tu уменьшается на и т.д.

Рисунок 3 - Схема электрическая принципиальная управления тиристором (а) и временные диаграммы ее работы(б)

Из рис.3 видно, что при заряде конденсатора до величины переключения тиристора VD2 формируется импульс управления на Ru и тиристор VD1 постепенно закрывается.

Размещено на Allbest.ru