Тиристоры и тиристорный преобразователь

В большинстве импульсных устройств используются импульсные компоненты электроники, которые называются тиристорами. Тиристор создает ключевой режим работы устройства и позволяет получить высокий КПД. Тиристоры бывают неуправляемые (диодный тиристор — динистор) и управляемые (триодный тиристор — тринистор).

На рис. 4.5.1 изображены условное графическое обозначение и ВАХ тринистора. Условное графическое обозначение тринистора подобно обозначению диода, но имеет три полюса (анод, катод и полюс управления). Вольтамперная характеристика тринистора имеет прямую ветвь (при полярности напряжения «+» па аноде и «-» на катоде, как указано стрелкой напряжения U) и обратную ветвь (противоположная полярность). Прямая ветвь имеет, как у диода, большой ток (/ > 0) при малом напряжении (U> 0), обратная ветвь — малый ток (/ < 0) при большом напряжении. Это характерно для ключевого режима. При напряжении U = 0 ток 1=0. В отличие от диода ВАХ тринистора в прямом направлении зависит от тока управления /_у как параметра.

Рис. 4.5.1. Условное обозначение и пример ВАХ триодного тиристора (тринистора) для разных значений тока управления /_у:

кривые 0, 1,2, 3 при токах /_у = 0, 10, 20, 30 мА соответственно Рассмотрим ВАХ подробнее. При получении ВАХ использовался источник напряжения с определенным внутренним сопротивлением, так как это соответствует условиям обычного использования тиристора в различных устройствах. Если ток /_у = 0, то, но обратной ветви ВАХ 1(11) при возрастании напряжения (U< 0) ток уменьшается до нуля — движение слева направо (на графике указано стрелками) до точки с координатами U = 0; / = 0. При дальнейшем увеличении напряжения ток незначительно возрастает по нижней ветви ВАХ прямого направления вплоть до точки лавинного роста по кривой 0. В этой точке при U > 750 В сопротивление тиристора скачком падает. ВАХ на этом участке имеет отрицательное динамическое сопротивление. При этом напряжение на тиристоре уменьшается вследствие роста напряжения на внутреннем сопротивлении источника и тиристор открывается. Далее ВАХ имеет участок значительного роста тока при незначительном росте напряжения. При уменьшении напряжения на тиристоре его ток уменьшается по той же ВАХ и по участку пунктирной линии, подобно ВАХ диода, до точки с координатами ?/=(),/=() и далее по ВАХ обратного направления.

При других значениях тока управления (/_у = 10, 20, 30 мА) движение, но ВАХ отличается, соответственно, пониженным напряжением перехода тиристора в открытое состояние. Ветви ВАХ тиристора в обратном направлении и в открытом состоянии не зависят от тока управления. Ток управления 1 у изменяет ВАХ только при росте положительного напряжения от нуля до точки отпирания тиристора. Это свойство позволяет использовать для управления состоянием тиристора нс только постоянный ток /_у, но и /_у(0 в виде импульсной последовательности. Важно, что в открытом тиристоре /_у <�ЗС I.

Пример схемы устройства с тринистором для регулирования среднего (и действующего) тока потребителя приведен на рис. 4.5.2.

Рис. 4.5.2. Схема двухтактного тиристорного регулятора напряжения.

В эту схему включены источник синусоидального напряжения V_v мостовой выпрямитель D, — D, резистор нагрузки R_u, тиристор X_v элементы Д_рсги С, для установки амплитуды тока управления /_у. Ток управления пропорционален напряжению па аноде тиристора и обратно пропорционален сопротивлению резистора R_u.

На рис. 4.5.3 приведены осциллограммы напряжения источника V_x (J = = 50 Гц, U_m = 40 В) — кривая синусоидального напряжения и_с и семейство.

Рис. 4.5.3. Осциллограммы напряжений в схеме регулятора напряжения на рис. 4.5.2 (MicroSim) кривых напряжения и_п на резисторе нагрузки R_n при разных сопротивлениях резистора R .

Неотрицательные напряжения на тиристоре и приемнике создаются мостовым выпрямителем. Зависимость и_п повторяет кривую выходного напряжения этого дву XI юлу периодного выпрямителя, когда тиристор открыт и его сопротивление много меньше, чем сопротивление R_n. При закрытом тиристоре его сопротивление много больше, чем сопротивление R_n, и и_н ~ 0. Ясно, что момент открывания тиристора наступает раньше при меньшем сопротивлении R_tl, когда ток управления больше. Мощность приемника Р_н определяется действующим напряжением U_u и сопротивлением приемника R_n. На рис. 4.5.4 показаны расчетные зависимости действующих значений напряжения U_n от времени при разных сопротивлениях R_y, из которых следует, что при R_y = 2 кОм имеем U_n ~ 24 В и при R_y = 8 кОм имеем U_H~ 12 В.

Рис. 45.4. Осциллограммы расчетных действующих напряжений U_n в схеме регулятора напряжения на рис. 4.5.2 (MicroSim).

Упражнение 4.5.1

Определить отношение мощностей приемника Р_и1/Р_м2 тиристорного регулятора на рис. 4.5.2 при двух значениях сопротивлений R _{ = 2 кОм и R,., = 8 кОм, если С/_м1 ~ 23,7 В и U"₂ ~ 13 В.