Thyristor-commutatiemethoden in vermogenselektronica

Meeste van de converter apparatuur en schakelende voedingen gebruiken vermogenselektronica componenten zoals thyristors, MOSFET en andere vermogenshalfgeleiderinrichtingen voor hoogfrequente schakelbewerkingen bij hoge vermogens. Beschouw de thyristors die we heel vaak gebruiken als bistabiele schakelaars in verschillende toepassingen. Deze thyristors gebruiken schakelaars die moeten worden in- en uitgeschakeld. Voor het inschakelen van de thyristors zijn er enkele thyristor-inschakelmethoden die thyristor-triggermethoden worden genoemd. Evenzo zijn er voor het uitschakelen van thyristors methoden die thyristorscommutatiemethoden of -technieken worden genoemd. Voordat we de thyristor-commutatietechnieken bespreken, moeten we iets weten over de basisprincipes van thyristor, zoals een thyristor, thyristoroperatie, verschillende soorten thyristors en thyristor-inschakelmethoden.

Wat is een thyristor?

Twee tot vier leidende halfgeleiderinrichtingen die bestaan ​​uit vier lagen van afwisselende N- en P-type materialen worden thyristors genoemd. Deze worden over het algemeen gebruikt als bistabiele schakelaars die alleen geleiden wanneer de poortaansluiting van de thyristor wordt geactiveerd. Een thyristor wordt ook wel een siliciumgestuurde gelijkrichter of SCR genoemd.

Thyristor

Wat is de afkoop van SCR?

Commutatie is niets anders dan de uitschakelmethode van een SCR. Het is een methode die wordt gebruikt om een ​​SCR of thyristor van AAN naar UIT te brengen. We weten dat een SCR kan worden geactiveerd door een poortsignaal naar een SCR te gebruiken wanneer deze zich in forwarding-bias bevindt. Maar SCR moet worden uitgeschakeld wanneer dat nodig is voor stroomregeling, anders stroomconditionering.

Commutatiecircuit voor SCR

Wanneer een SCR beweegt in de modus van doorgeleidende geleiding, verliest zijn poortaansluiting zijn controle. Daarvoor moet een extra circuit worden gebruikt om thyristor / SCR uit te schakelen. Dit extra circuit wordt dus een commutatiecircuit genoemd.

Deze term wordt dus voornamelijk gebruikt om de stroom van de ene ane naar de andere over te brengen. Het commutatiecircuit vermindert voornamelijk de voorwaartse stroom tot nul om de thyristor UIT te schakelen. Er moet dus aan de volgende voorwaarden worden voldaan om de thyristor uit te schakelen als deze eenmaal geleidend is.

• De voorwaartse stroom van thyristor of SCR moet tot nul worden verlaagd, anders onder het houdstroomniveau.
• Er moet voldoende sperspanning worden geleverd over de SCR / thyristor om de voorwaartse blokkeringstoestand te herstellen.

Zodra de SCR is uitgeschakeld door de voorwaartse stroom tot nul te verlagen, zijn er overtollige ladingsdragers binnen verschillende lagen. Om de voorwaartse blokkeringstoestand van de thyristor te herstellen, moeten deze overtollige ladingsdragers opnieuw worden gecombineerd. Deze recombinatiemethode kan dus worden versneld door een sperspanning over de thyristor aan te leggen.

Thyristor-commutatiemethoden

Zoals we hierboven hebben bestudeerd, kan een thyristor worden ingeschakeld door een poortaansluiting te activeren met een korte puls met een lage spanning. Maar na het inschakelen, zal het continu geleiden totdat de thyristor in tegengestelde richting is voorgespannen of de belastingsstroom tot nul daalt. Deze continue geleiding van thyristors veroorzaakt bij sommige toepassingen problemen. Het proces dat wordt gebruikt om een ​​thyristor uit te schakelen, wordt commutatie genoemd. Door het commutatieproces wordt de werkingsmodus van de thyristor gewijzigd van voorwaartse geleidingsmodus naar voorwaartse blokkeermodus. Dus de thyristor-commutatiemethoden of thyristor-commutatietechnieken worden gebruikt om uit te schakelen.

De commutatietechnieken van thyristors zijn onderverdeeld in twee typen:

• Natuurlijke commutatie
• Gedwongen omzetting

Natuurlijke commutatie

Over het algemeen, als we AC-voeding beschouwen, zal de stroom door de nuldoorgangslijn stromen terwijl deze van positieve piek naar negatieve piek gaat. Er zal dus tegelijkertijd een omgekeerde spanning over het apparaat verschijnen, waardoor de thyristor onmiddellijk wordt uitgeschakeld. Dit proces wordt natuurlijke commutatie genoemd, omdat de thyristor op natuurlijke wijze wordt uitgeschakeld zonder gebruik te maken van externe componenten of een circuit of voeding voor commutatiedoeleinden.

Natuurlijke commutatie kan worden waargenomen in AC-spanningsregelaars, fasegestuurde gelijkrichters en cyclo-omvormers.

Gedwongen omzetting

De thyristor kan worden uitgeschakeld door de SCR om te keren of door actieve of passieve componenten te gebruiken. Thyristorstroom kan worden verlaagd tot een waarde onder de waarde van de houdstroom. Omdat de thyristor met geweld wordt uitgeschakeld, wordt dit een geforceerd commutatieproces genoemd. De basiselektronica en elektrische componenten zoals inductantie en capaciteit worden gebruikt als commuterende elementen voor commutatiedoeleinden.

Geforceerde commutatie kan worden waargenomen tijdens het gebruik van DC-voeding, daarom wordt het ook DC-commutatie genoemd. Het externe circuit dat wordt gebruikt voor het geforceerde commutatieproces wordt een commutatiecircuit genoemd en de elementen die in dit circuit worden gebruikt, worden commuterende elementen genoemd.

Classificatie van gedwongen commutatiemethoden

Hier wordt de classificatie van de thyristorcommutatiemethoden hieronder besproken. De classificatie ervan wordt voornamelijk gedaan afhankelijk van of de commutatiepuls een stroompuls van een spanningspuls is, of deze in serie / parallel is geschakeld via de te commuteren SCR, of het signaal wordt gegeven via een hulp- of hoofdthyristor, of de circuit van commutatie wordt opgeladen vanuit een hulp- of hoofdbron. De classificatie van omvormers kan voornamelijk worden gedaan op basis van de locatie van de commutatiesignalen. De gedwongen commutatie kan als volgt in verschillende methoden worden ingedeeld:

• Klasse A: zelf gecommuteerd door een resonerende belasting
• Klasse B: zelf gecommuteerd door een LC-circuit
• Klasse C: Cor L-C geschakeld door een andere lastdragende SCR
• Klasse D: C of L-C geschakeld door een hulp-SCR
• Klasse E: een externe pulsbron voor commutatie
• Klasse F: AC-lijncommutatie

Klasse A: zelfcommutatie door een resonerende belasting

Klasse A is een van de meest gebruikte thyristor-commutatietechnieken. Als thyristor wordt geactiveerd of ingeschakeld, zal de anodestroom vloeien door op te laden condensator C met punt als positief. Het ondergedempte circuit van de tweede orde wordt gevormd door de spoel of AC-weerstand , condensator en weerstand. Als de stroom door SCR wordt opgebouwd en de halve cyclus voltooit, zal de inductorstroom door de SCR in omgekeerde richting stromen, waardoor de thyristor wordt uitgeschakeld.

Klasse A thyristor-commutatiemethode

Na de thyristorcommutatie of het uitschakelen van de thyristor, zal de condensator op exponentiële wijze beginnen te ontladen vanaf zijn piekwaarde door de weerstand. De thyristor bevindt zich in een omgekeerde bias-toestand totdat de condensatorspanning terugkeert naar het voedingsspanningsniveau.

Klasse B: zelfcommutatie door een L-C-circuit

Het belangrijkste verschil tussen de thyristor-commutatiemethoden van klasse A en klasse B is dat de LC in serie is geschakeld met de thyristor in klasse A, terwijl parallel met de thyristor in klasse B de condensator wordt opgeladen voordat deze op de SCR wordt geactiveerd. positief). Als de SCR wordt getriggerd of een triggerpuls krijgt, heeft de resulterende stroom twee componenten.

Klasse B thyristor-commutatiemethode

De constante belastingsstroom die door de R-L-belasting vloeit, wordt verzekerd door de grote reactantie die in serie is geschakeld met de belasting die is vastgeklemd met een vrijloopdiode. Als sinusvormige stroom door het resonerende L-C-circuit vloeit, wordt de condensator C aan het einde van de halve cyclus opgeladen met een punt als negatief.

De totale stroom die door de SCR vloeit, wordt nul, waarbij de tegenstroom die door de SCR vloeit, tegengesteld is aan de belastingsstroom voor een klein deel van de negatieve swing. Als de resonantiekringstroom of tegenstroom net groter wordt dan de belastingsstroom, wordt de SCR uitgeschakeld.

Klasse C: C of L-C geschakeld door een andere ladingdragende SCR

In de bovenstaande thyristor-commutatiemethoden hebben we slechts één SCR waargenomen, maar in deze klasse C-commutatietechnieken van thyristor zullen er twee SCR's zijn. De ene SCR wordt beschouwd als de belangrijkste thyristor en de andere als een aanvullende thyristor. In deze classificatie kunnen beide fungeren als hoofd-SCR's die belastingsstroom voeren en ze kunnen worden ontworpen met vier SCR's met belasting over de condensator door een stroombron te gebruiken voor het voeden van een integrale omzetter.

Klasse C thyristor-commutatiemethode

Als de thyristor T2 wordt geactiveerd, wordt de condensator opgeladen. Als de thyristor T1 wordt geactiveerd, zal de condensator ontladen en deze ontlaadstroom van C zal de stroom van belastingsstroom in T2 tegenwerken wanneer de condensator via T1 over T2 wordt geschakeld.

Klasse D: L-C of C geschakeld door een hulp-SCR

De klasse C en klasse D thyristor commutatiemethoden kunnen worden gedifferentieerd met de belastingsstroom in klasse D: slechts één van de SCR's zal de belastingsstroom dragen terwijl de andere fungeert als een hulp-thyristor, terwijl in klasse C beide SCR's belastingsstroom zullen dragen. De hulptyristor bestaat uit een weerstand in zijn anode die een weerstand heeft van ongeveer tien keer de belastingsweerstand.

Klasse D-type

Door de Ta (hulphyristor) te activeren, wordt de condensator opgeladen tot voedingsspanning en vervolgens wordt de Ta UIT geschakeld. De eventuele extra spanning, als gevolg van aanzienlijke inductie in de ingangslijnen, zal worden ontladen via het diode-inductor-belastingscircuit.

Als de Tm (hoofdthyristor) wordt geactiveerd, zal de stroom in twee paden stromen: de commuterende stroom zal door het C-Tm-L-D-pad stromen en de belastingsstroom zal door de belasting stromen. Als de lading op de condensator wordt omgekeerd en op dat niveau wordt gehouden met behulp van de diode en als Ta opnieuw wordt geactiveerd, zal de spanning over de condensator via Ta over de Tm verschijnen. De hoofdthyristor Tm wordt dus uitgeschakeld.

Klasse E: externe pulsbron voor commutatie

Voor de thyristor-commutatietechnieken van klasse E kan een transformator niet verzadigen (omdat hij voldoende ijzer- en luchtspleet heeft) en in staat zijn om de belastingsstroom te dragen met een kleine spanningsval in vergelijking met de voedingsspanning. Als de thyristor T wordt geactiveerd, zal de stroom door de belasting- en pulstransformator stromen.

Klasse E-type

Een externe pulsgenerator wordt gebruikt om een ​​positieve puls te genereren die via een pulstransformator aan de kathode van de thyristor wordt toegevoerd. De condensator C is opgeladen tot ongeveer 1 V en wordt geacht een impedantie van nul te hebben voor de duur van de uitschakelpuls. De spanning over de thyristor wordt omgekeerd door de puls van de elektrische transformator die de omgekeerde herstelstroom levert en gedurende de vereiste uitschakeltijd de negatieve spanning vasthoudt.

Klasse F: AC-lijn gecommuteerd

Bij thyristor-commutatietechnieken van klasse F wordt een wisselspanning gebruikt voor de voeding en gedurende de positieve halve cyclus van deze voeding zal de belastingsstroom vloeien. Als de belasting zeer inductief is, blijft de stroom bestaan ​​totdat de energie die in de inductieve belasting is opgeslagen, is gedissipeerd. Tijdens de negatieve halve cyclus als de belastingsstroom nul wordt, wordt de thyristor uitgeschakeld. Als er spanning aanwezig is gedurende een periode van de nominale uitschakeltijd van het apparaat, zal de negatieve polariteit van de spanning over de uitgaande thyristor deze uitschakelen.

Klasse F Type

Hier moet de duur van de halve cyclus groter zijn dan de uitschakeltijd van de thyristor. Dit commutatieproces is vergelijkbaar met het concept van een driefasige omzetter. Laten we eens kijken dat T1 en T11 in de eerste plaats geleiden met de triggerhoek van de omzetter, die gelijk is aan 60 graden en in continue geleidingsmodus werken met een sterk inductieve belasting.

Als de thyristors T2 en T22 worden geactiveerd, zal de stroom door de inkomende apparaten onmiddellijk niet stijgen tot het laadstroomniveau. Als de stroom door de inkomende thyristors het belastingsstroomniveau bereikt, wordt het commutatieproces van uitgaande thyristors gestart. Deze sperspanning van de thyristor moet worden voortgezet totdat de voorwaartse blokkeringstoestand is bereikt.

Thyristor-commutatiemethoden mislukken

De storing van de thyristor-commutatie treedt voornamelijk op omdat ze lijngecommuteerd zijn en een spanningsval kan leiden tot een onvoldoende spanning om te commuteren, waardoor een fout wordt veroorzaakt zodra de volgende thyristor wordt geactiveerd. Dus commutatiefout treedt op vanwege verschillende redenen, waarvan er enkele hieronder worden besproken.
Thyristors zorgen voor een vrij langzame omgekeerde hersteltijd, zodat de belangrijkste tegenstroom kan leveren in voorwaartse geleiding. Dit kan 'foutstroom' betekenen, die op een cyclische manier verschijnt door bijbehorende vermogensdissipatie die zichtbaar wordt bij de SCR-storing.

In een elektrisch circuit is commutatie in feite zodra de stroom van de ene tak van het circuit naar de andere vloeit. Een commutatiefout treedt voornamelijk op als de verandering in het pad om welke reden dan ook mislukt.
Voor een inverter- of een gelijkrichterschakeling die SCR's gebruikt, kan een commutatiefout optreden vanwege twee fundamentele redenen.

Als een thyristor niet wordt ingeschakeld, zal de stroomstroom niet schakelen en zal de commutatiemethode te kort schieten. Evenzo, als een thyristor te kort schiet om uit te schakelen, kan de stroomstroom gedeeltelijk commuteren naar de volgende tak. Dit wordt dus ook als een mislukking beschouwd.

Verschil tussen natuurlijke commutatie en gedwongen commutatietechnieken

De verschillen tussen natuurlijke commutatie en gedwongen commutatie worden hieronder besproken.

Een thyristor kan eenvoudig een gestuurde gelijkrichter worden genoemd. Er zijn verschillende soorten thyristors, die worden gebruikt voor het ontwerpen van op vermogenselektronica gebaseerde innovatieve elektrische projecten ​Het proces waarbij de thyristor wordt ingeschakeld door triggeringpulsen aan de poortaansluiting te leveren, wordt triggering genoemd. Evenzo wordt het proces van het uitschakelen van de thyristor commutatie genoemd. Ik hoop dat dit artikel korte informatie geeft over verschillende commutatietechnieken van de thyristor. Verdere technische assistentie zal worden verleend op basis van uw opmerkingen en vragen in de opmerkingen hieronder.