الثايرستور هي مفاتيح إلكترونية تعمل بالطاقة ولا يتم التحكم فيها بشكل كامل. غالبًا ما ترى في الكتب الفنية اسمًا آخر لهذا الجهاز - ثايرستور أحادي العملية. بمعنى آخر ، تحت تأثير إشارة التحكم ، يتم نقلها إلى حالة واحدة - إجراء. وبشكل أكثر تحديدًا ، تتضمن دائرة. لإيقاف تشغيله ، من الضروري إنشاء شروط خاصة تضمن أن التيار المباشر في الدائرة ينخفض إلى الصفر.
ميزات الثايرستور
تقوم مفاتيح الثايرستور بتوصيل التيار الكهربائي فقط في الاتجاه الأمامي ، وفي الحالة المغلقة يمكن أن تتحمل ليس فقط الجهد الأمامي ، ولكن أيضًا الجهد العكسي. هيكل الثايرستور من أربع طبقات ، وهناك ثلاثة مخرجات:
- الأنود (يشار إليه بالحرف أ).
- كاثود (الحرف C أو K).
- التحكم الكهربائي (U أو G).
تحتوي الثايرستور على عائلة كاملة من خصائص الجهد الحالي ، ويمكن استخدامها للحكم على حالة العنصر. الثايرستور هي مفاتيح إلكترونية قوية للغاية ، فهي قادرة على تبديل الدوائر التي يمكن أن يصل فيها الجهد إلى 5000 فولت والقوة الحالية - 5000 أمبير (بينما التردد لا يتجاوز 1000 هرتز).
عملية الثايرستور فيدوائر التيار المستمر
يتم تشغيل الثايرستور التقليدي عن طريق تطبيق نبضة تيار على خرج التحكم. علاوة على ذلك ، يجب أن تكون موجبة (فيما يتعلق بالكاثود). تعتمد مدة العملية العابرة على طبيعة الحمل (الاستقرائي ، النشط) ، والسعة ومعدل الارتفاع في دائرة التحكم في النبض الحالي ، ودرجة حرارة بلورة أشباه الموصلات ، وكذلك التيار والجهد المطبق على الثايرستور متوفر في الدائرة. تعتمد خصائص الدائرة بشكل مباشر على نوع عنصر أشباه الموصلات المستخدم.
في الدائرة التي يوجد فيها الثايرستور ، فإن حدوث ارتفاع في معدل الجهد العالي أمر غير مقبول. وهي القيمة التي يتم عندها تشغيل العنصر تلقائيًا (حتى لو لم تكن هناك إشارة في دائرة التحكم). لكن في نفس الوقت ، يجب أن يكون لإشارة التحكم منحدر عالٍ جدًا.
طرق لإيقاف
يمكن التمييز بين نوعين من تبديل الثايرستور:
- طبيعي
- قسري.
والآن بمزيد من التفاصيل حول كل الأنواع. يحدث طبيعي عندما يعمل الثايرستور في دائرة تيار متناوب. علاوة على ذلك ، يحدث هذا التبديل عندما ينخفض التيار إلى الصفر. ولكن يمكن أن يكون تنفيذ التحويل القسري عددًا كبيرًا من الطرق المختلفة. يعتمد اختيار عنصر تحكم الثايرستور على مصمم الدوائر ، لكن الأمر يستحق الحديث عن كل نوع على حدة.
أكثر الطرق المميزة للتبديل القسري هي الاتصالمكثف تم شحنه مسبقًا باستخدام زر (مفتاح). يتم تضمين دائرة LC في دائرة التحكم في الثايرستور. تحتوي هذه الدائرة على مكثف مشحون بالكامل. أثناء العملية العابرة ، يتقلب التيار في دائرة الحمل.
طرق التبديل القسري
هناك عدة أنواع أخرى من التبديل القسري. غالبًا ما يتم استخدام دائرة تستخدم مكثف تبديل بقطبية عكسية. على سبيل المثال ، يمكن توصيل هذا المكثف بالدائرة باستخدام نوع من الثايرستور الإضافي. في هذه الحالة ، سيحدث تفريغ على الثايرستور (العامل) الرئيسي. سيؤدي هذا إلى حقيقة أنه في المكثف ، فإن التيار الموجه نحو التيار المباشر للثايرستور الرئيسي سيساعد في تقليل التيار في الدائرة إلى الصفر. لذلك ، سوف ينطفئ الثايرستور. يحدث هذا لأن جهاز الثايرستور له خصائصه المميزة التي تميزه فقط.
هناك أيضًا مخططات متصلة بها سلاسل LC. يتم تفريغها (مع تقلبات). في البداية ، يتدفق تيار التفريغ نحو العامل ، وبعد معادلة قيمهم ، يتم إيقاف تشغيل الثايرستور. بعد ذلك ، من السلسلة التذبذبية ، يتدفق التيار عبر الثايرستور إلى صمام ثنائي أشباه الموصلات. في هذه الحالة ، أثناء تدفق التيار ، يتم تطبيق جهد معين على الثايرستور. إنه مقياس يساوي انخفاض الجهد عبر الصمام الثنائي.
عملية الثايرستور في دوائر التيار المتردد
إذا تم تضمين الثايرستور في دائرة التيار المتردد ، فمن الممكن القيام بذلكالعمليات:
- تشغيل أو إيقاف تشغيل دائرة كهربائية بحمل مقاوم أو مقاوم.
- قم بتغيير القيمة المتوسطة والفعالة للتيار الذي يمر عبر الحمل ، وذلك بفضل القدرة على ضبط لحظة إشارة التحكم.
تتميز مفاتيح الثايرستور بميزة واحدة - فهي تجري التيار في اتجاه واحد فقط. لذلك ، إذا كنت بحاجة إلى استخدامها في دوائر التيار المتردد ، فيجب عليك استخدام اتصال ظهر إلى ظهر. قد تتغير القيم الحالية الفعالة والمتوسطة بسبب حقيقة أن اللحظة التي يتم فيها تطبيق الإشارة على الثايرستور مختلفة. في هذه الحالة ، يجب أن تفي قوة الثايرستور بالحد الأدنى من المتطلبات.
طريقة التحكم في الطور
في طريقة التحكم في الطور من النوع القسري ، يتم ضبط الحمل عن طريق تغيير الزوايا بين المراحل. يمكن إجراء التبديل الاصطناعي باستخدام دوائر خاصة ، أو من الضروري استخدام الثايرستور المتحكم فيه بالكامل (القابل للقفل). على أساسها ، كقاعدة عامة ، يتم تصنيع شاحن الثايرستور ، والذي يسمح لك بضبط القوة الحالية اعتمادًا على مستوى شحن البطارية.
التحكم في عرض النبض
يسمونه أيضًا تعديل PWM. أثناء فتح الثايرستور ، يتم إعطاء إشارة تحكم. التقاطعات مفتوحة وهناك بعض الجهد عبر الحمل. أثناء الإغلاق (أثناء العملية المؤقتة بأكملها) لا يتم تطبيق أي إشارة تحكم ، وبالتالي ، لا يقوم الثايرستور بإجراء التيار. عند التنفيذمنحنى التحكم في الطور الحالي ليس جيبيًا ، فهناك تغيير في شكل موجة جهد الإمداد. وبالتالي ، هناك أيضًا انتهاك لعمل المستهلكين الذين لديهم حساسية للتداخل عالي التردد (يظهر عدم التوافق). يتميز منظم الثايرستور بتصميم بسيط يسمح لك بتغيير القيمة المطلوبة دون أي مشاكل. ولست بحاجة إلى استخدام LATRs ضخمة.
الثايرستور قابل للقفل
الثايرستور هي مفاتيح إلكترونية قوية جدًا تستخدم لتبديل الفولتية والتيارات العالية. لكن لديهم عيبًا كبيرًا - الإدارة غير مكتملة. بشكل أكثر تحديدًا ، يتجلى ذلك من خلال حقيقة أنه من أجل إيقاف تشغيل الثايرستور ، من الضروري تهيئة ظروف ينخفض بموجبها التيار المباشر إلى الصفر.
هذه الميزة هي التي تفرض بعض القيود على استخدام الثايرستور ، كما تعقد الدوائر بناءً عليها. للتخلص من أوجه القصور هذه ، تم تطوير تصميمات خاصة للثايرستور ، والتي يتم قفلها بواسطة إشارة على طول قطب تحكم واحد. يطلق عليهم الثايرستور ثنائي التشغيل أو قابل للقفل.
تصميم الثايرستور قابل للقفل
هيكل من أربع طبقات p-p-p-p للثايرستور له خصائصه الخاصة. يجعلها مختلفة عن الثايرستور التقليدي. الآن نحن نتحدث عن التحكم الكامل في العنصر. إن خاصية الجهد الحالي (الساكنة) في الاتجاه الأمامي هي نفس خاصية الثايرستور البسيط. هذا مجرد ثايرستور تيار مباشر يمكنه تمرير قيمة أكبر بكثير. ولكنلا يتم توفير وظيفة منع الفولتية العكسية الكبيرة للثايرستور القابل للقفل. لذلك ، من الضروري توصيله بشكل متتال مع صمام ثنائي أشباه الموصلات.
السمة المميزة للثايرستور القابل للقفل هو انخفاض كبير في الفولتية الأمامية. لإجراء إيقاف التشغيل ، يجب تطبيق نبضة تيار قوية (سالبة بنسبة 1: 5 إلى القيمة الحالية المباشرة) على خرج التحكم. ولكن يجب أن تكون مدة النبضة فقط قصيرة قدر الإمكان - 10 … 100 ميكرو ثانية. الثايرستور القابل للقفل له جهد وتيار محدودان أقل من الثايرستور التقليدي. الفارق ما يقرب من 25-30٪
أنواع الثايرستور
تمت مناقشة تلك القابلة للقفل أعلاه ، ولكن هناك العديد من أنواع الثايرستور أشباه الموصلات التي تستحق الذكر أيضًا. تستخدم مجموعة متنوعة من التصميمات (الشواحن ، والمفاتيح ، ومنظمات الطاقة) أنواعًا معينة من الثايرستور. مطلوب في مكان ما أن يتم التحكم عن طريق توفير تيار من الضوء ، مما يعني أنه يتم استخدام البصريات. تكمن خصوصيتها في حقيقة أن دائرة التحكم تستخدم بلورة شبه موصلة حساسة للضوء. تختلف معلمات الثايرستور ، فجميعها لها خصائصها الخاصة ، وخصائصها فقط. لذلك ، من الضروري ، على الأقل بشكل عام ، فهم أنواع هذه أشباه الموصلات وأين يمكن استخدامها. إذن ، ها هي القائمة الكاملة والميزات الرئيسية لكل نوع:
- ديود-ثايرستور. ما يعادل هذا العنصر هو الثايرستور ، الذي يرتبط به بالتوازيالصمام الثنائي أشباه الموصلات.
- دينيستور (ديود ثايرستور). يمكن أن تصبح موصلة بالكامل إذا تم تجاوز مستوى جهد معين.
- التيرستورات (الثايرستور المتماثل). ما يعادله هو اثنان من الثايرستور متصلان بشكل مضاد.
- الثايرستور العاكس عالي السرعة لديه سرعة تحويل عالية (5 … 50 µs).
- الثايرستور التي تسيطر عليها مجال الترانزستور. يمكنك غالبًا العثور على تصميمات تعتمد على الدوائر المتكاملة
- الثايرستور البصري يتحكم فيه تدفق الضوء.
تنفيذ حماية العنصر
الثايرستور عبارة عن أجهزة ضرورية للمعدلات الكبيرة للتيار الأمامي والجهد الأمامي. وهي ، مثل الثنائيات شبه الموصلة ، تتميز بظاهرة مثل تدفق تيارات الاسترداد العكسي ، والتي تنخفض بسرعة كبيرة وبشكل حاد إلى الصفر ، مما يؤدي إلى تفاقم احتمال زيادة الجهد. هذا الجهد الزائد هو نتيجة لحقيقة أن التيار يتوقف فجأة في جميع عناصر الدائرة التي لها محاثة (حتى المحاثات شديدة الانخفاض النموذجية للتركيب - الأسلاك ومسارات اللوحة). لتنفيذ الحماية ، من الضروري استخدام مجموعة متنوعة من الأنظمة التي تسمح لك بحماية نفسك من الفولتية والتيارات العالية في أوضاع التشغيل الديناميكية.
كقاعدة عامة ، فإن المقاومة الاستقرائية لمصدر الجهد الذي يدخل دائرة الثايرستور العامل لها قيمة لدرجة أنها أكثر من كافية لعدم تضمين بعض الإضافاتالحث. لهذا السبب ، من الناحية العملية ، يتم استخدام سلسلة تشكيل مسار التبديل بشكل كبير ، مما يقلل بشكل كبير من سرعة ومستوى الجهد الزائد في الدائرة عند إيقاف تشغيل الثايرستور. يتم استخدام الدوائر المقاومة بالسعة لهذا الغرض بشكل شائع. ترتبط مع الثايرستور بالتوازي. هناك أنواع قليلة جدًا من تعديلات الدوائر لهذه الدوائر ، بالإضافة إلى طرق حسابها ، ومعلمات تشغيل الثايرستور في أوضاع وظروف مختلفة. لكن الدائرة لتشكيل مسار التبديل للثايرستور القابل للقفل ستكون مماثلة لدائرة الترانزستورات.
