Тиристоры: динисторы, тринисторы, семисторы, их устройство, принцип работы и ВАХ

Тиристор – это полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три и более р – n перехода, который может переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот.

Диодный тиристор – это тиристор, который имеет два вывода, через которые проходит как основной ток, так и ток управления. Принцип действия: Структура динистора состоит из 4-х областей с чередующимся типом проводимости.

При подаче тиристор прямого напряжения т.е положительного потенциала на аноде, крайние р – n переходы смещены в прямом направлении, поэтому их называют эмиттерными, средний переход шлензен в обратном направлении, поэтому его называют коллекторным соответственно. В таком приборе существует две эмиттерные области и две базовые области.

Для двухэлектродной структуры (динистор) из-за необходимости выполнения баланса токов токи через все переходы должны быть равны между собой:

ток через тиристор (анодный ток). Тогда анодный ток через тиристор можно будет найти по:

Триодные тиристоры:

Триодный тиристор - это полупроводниковый прибор, представляющий собой четырехслойную структуру, имеющую дополнительный третий вывод, называемый управляющим электродом, соединенный с внутренней областью р-типа. Управляющий электрод дает возможность включать тиристор при анодном напряжении, меньшем напряжения включения. Триодный тиристор называется также кремниевым управляемым выпрямителем или просто тиристором.

Для переключения триодного тиристора необходимо накопление зарядов в базах. В тринисторе, имеющем управляющий вывод от одной из базовых областей, уровень инжекции, через прилегающий к этой базе эмиттерный переход можно увеличить путём подачи положительного, относительно катода, напряжения на управляемый электрод. Поэтому тринистор можно переключить в необходимый момент времени, даже при небольшом анодном напряжении. ВАХ тринистора:

Баланс токов:

, следовательно из этого выражения: напряжение включенного тиристора зависит от тока управления. С увеличением тока управления, напряжение включения уменьшается.

Симиcтop (симметричный триодный тиристор) или триак (от англ. TRIAC — triode for alternating current) — полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристоров и используемый для коммутации в цепях переменного тока. В электронике часто рассматривается как управляемый выключатель (ключ). В отличие от тиристора, имеющего катод и анод, основные (силовые) выводы симистора называть катодом или анодом некорректно, так как в силу структуры симистора они являются тем и другим одновременно.

Однофазные выпрямители: однополупериодный, двухполупериодный, двухполупериодный с выводом средней точки трансформатора, мостовой. Выпрямители служат для преобразования переменного (синусоидального) напряжения в напряжение постоянного тока с помощью полупроводниковых выпрямительных диодов. В схеме однополупериодного выпрямителя (рис. 2.34, а) ток I _н через диод проходит в нагрузку R _н, только в положительные полупериоды напряжения U ₂, так как в отрицательные полупериоды оно запирает диод. Ток в нагрузке (заштрихован) имеет прерывистый характер, а его постоянная составляющая I ₀ представляет собой среднее значение тока, протекающего за период, и создает на нагрузке постоянную составляющую напряжения, равную (согласно разложению функции в ряд Фурье):

где U _{2ma x} и U₂ – амплитудное и действующее значения синусоидального напряжения вторичной обмотки трансформатора.

Схема двухполупериодного выпрямителя состоит из четырех диодов, включенных по так называемой мостовой схеме (рис. 2.34, б). Напряжение U₂ в положительный полупериод открывает диоды VD1 и VD3 и от точки А к точке В по цепи VD–R–VD3 протекает ток нагрузки I_n= I _1,3. При этом диоды VD1 и VD4 заперты. В отрицательный полупериод напряжение U₂ открывает диоды VD1 и VD4 и ток I_n= I _2,4 течет от точки В к точке A по цепи VD2–R–V–D4, проходя по нагрузке в одном и том же направлении. В этой схеме постоянные составляющие тока I₀ и напряжения U_o в два раза выше, чем в однополупериодной схеме:

и

I _н

U ₂

R _н

₊

-

U ₁

VD1

U ₁

U ₂

А

В

+

-

R _н

VD2

VD3

VD4

I _н

А'

I _н

I _н

U ₂

U ₂

U ₂

U _2max

ωt

ωt

ωt

I _2max

I ₀

I _2,4

I _1,3

б)

а)

Работа схемы выпрямителя со средней точкой.

Схема обеспечивает прохождение тока через нагрузку в течение обоих полупериодов. Во время положительного полупериода работает первая половина вторичной обмотки. Ток идёт от плюса вторичной обмотки трансформатора через диод V1, нагрузку Rн и на среднюю точку вторичной обмотки. В это время к аноду диода V2 приложен минус, а к катоду – плюс, и диод закрыт. Во время отрицательного полупериода картина меняется: будет открыт диод V2, а диод V1 – закрыт. В этот полупериод ток протекает за счёт напряжения на обмотке.

Трехфазные выпрямители: нулевой, мостовой.

Схема трехфазного однополупериодного выпрямителя приведена на рис. 27.4, а. На рис. 27.4, б приведены графики напряжений на входе и выходе выпрямителя. В состав схемы входят трехфазный трансформатор, три диода и сопротивление нагрузки R_н. Фазы первичной обмотки трансформатора могут включаться по схеме звезда или треугольник, а фазы вторичной обмотки – по схеме звезда. Каждая фаза вторичной обмотки трансформатора через соответствующий диод включена на общую нагрузку.

На рис. 27.4, б точками θ₁, θ₂, θ₃ обозначены моменты равенства напряжений двух соответствующих фаз вторичной обмотки трансформатора. Диод D1 открывается в момент θ₁, так как в этот момент потенциал его анода становится больше потенциала других диодов. Соответственно диод D2 откроется в момент θ₂, а диод D3 – в момент θ₃. Видим, что каждый диод открывается во время положительной полуволны своей фазы. Огибающая выпрямленного напряжения представляет три пульсации на интервале одного периода входного напряжения,т.е m = 3.

Недостатки схемы – низкая эффективность использования трансформатора и повышенное обратное напряжение на диодах U_m.обр ≈ -2,1·U_m.вх.

Более эффективна мостовая схема трехфазного выпрямителя (рис.27.5, а). В этой схеме каждая пара диодов входит в состав двух мостов, поэтому шесть диодов образуют три мостовые схемы для трех фаз.

Огибающая выпрямленного напряжения содержит шесть пульсаций на интервале одного периода, т.е. m = 6, а

.

В приведенной схеме вентильные комплекты двух мостовых трехфазных выпрямителей подключены к нагрузке последовательно, поэтому напряжение на нагрузке равно сумме напряжений двух мостов – U_0.вып = U_0.вып.1 + U_0.вып.2.

Дата добавления: 2014-01-03