מבוא

Thyristors, במיוחד קידודים מבוקרים סיליקון (SCRs), נשארים אבני בניין בסיסיות במערכות המרת AC-to-DC כוח גבוהה.מכשירים אלה ארבעה שכבות למחצה יכולים לחסום מתחים גבוהים בכיוון, וכאשר מופעל, לנהל עם ירידה משמעותית על-ידי המדינה, על-ידי מטה-אווירה, על-ידי ה- AC/DC הממירים, אשר מסתמכים על שלךריסים על ביצועים חזקים באמינות התעשייתית, שם תחת לחץ חשמלי קיצוני, יש לבצע דחפים מאובטחים על ה-HDC, או דחפים מאובטחים, כדי לבצע פעולות מאובטחים, כדי לבצע פעולות תחת לחץ על-HDC.

מאמר זה מספק בדיקה מעמיקה של היתרונות והחסרונות של ההמרות AC / DC, המשתרע מעבר נקודות קליע פשוטות כדי לכסות את הפיזיקה הבסיסית, פרטי יישום מעשי, וסחר-offs עם טכנולוגיות Semiconductor המתחרים.הבנת גורמים אלה מאפשר למעצבים לייעל יעילות, לשלוט המורכבות, ניהול תרמי ועלות המערכת הכוללת.

יתרונות של Thyristors ב-AC/DC Conversion

כוח עליון נוחת Capability

(הדירוגים הנוכחיים של Thyris אינם מתאימים ליישומים המחייבים דירוגי מתח מעבר ל-1 kV ודירוגים נוכחיים מעל 1 kA. Individual SCR זמינים עם חסימת מתחים עד 8 kV וקיבולת נוכחית ממוצעת מעל 5 kVA. חיבור סדרה של Thyristors מרחיב עוד מתח עבור מערכות אולטרה-גבוהות כגון HVDC המרת תחנות, שבו עשרות מכשירים של קו משותף, הן תכונות של 2.

שליטה יעילה של Power Flow

ממירי thyristor בשלב מבוקרים מאפשרים רגולציה מדויקת של מתח הפלט DC על ידי התאמת זווית הירי (α) של הדופק השער.דחיית נקודת ההדק ביחס למעבר AC אפס מפחיתה את מרווח ההנעה למחזור, ובכך להפחית את מתח התפוקה הממוצע. שיטה זו מציעה עומס מתמשך וחלקי שליטה על כוח עם אלקטרוניקה מינימלית נוספת.

עלויות-אווירה עבור מערכות בעלות עוצמה גבוהה

כאשר היישום דורש טיפול כמה קילווואט למאות מגהוואט, Thyristors לספק עלות נמוכה יותר עבור אספרטה בהשוואה IGBTs, MOSFETs, או GTOs. תהליך ייצור ארבעת שכבות פשוט מניב תשואה גבוהה מת עם תשואה גבוהה, לתרגם לתמחור תחרותי עבור מודולים, בנוסף, מסלולי שער שלך הם זולים ויכולים להיות בנוי מרכיבים פסיביים ו דופק חד פעמי של GBT בלבד, לעומת 30GBT.

רגישות ויציבות

Thyristors הם בעלי סובלנות רבה יותר של תנאים מקבילים ו Overvoltage מאשר רבים אחרים מוליכים למחצה כוח.הם יכולים לעמוד בזרמים עלייה עד 10 kA עבור כמה אלפי שניות ללא נזק, נכס קריטי לטיפול בזרמים מסורקים מהפך מגנטים או עומסים.

דרישות פשוטות ל- Gate Drive

בניגוד IGBTs או MOSFET הדורשים מתח שער רציף כדי לשמור על התנהגות, Thyristors לטבול לתוך המדינה לאחר דופק שער קצר. לאחר מופעל, השער מאבד שליטה, חיסול הצורך בכוח כונן מתמשך.זה מפשט מאוד את מעגל השער לנגנר עם כוח נמוך ותקף עבור בידוד.

טכנולוגיה בוגרת וזמינות רחבה

טכנולוגיית Thyristor כבר מעודנת יותר מחמישה עשורים, וכתוצאה מכך תהליכי ייצור מנוהלים היטב, אריזה סטנדרטית והערות יישום מקיף. ספקים מרובים מציעים מכשירים בטווח רחב של מתח ודירוגים נוכחיים, הבטחת מיקור תחרותי וזמינות קוד שני. מהנדסים יכולים לסמוך על הנחיות עיצוב מבוססות עבור snupping, ניהול תרמי, וקצבה, צמצום הסיכון לפרויקטים בעלי עוצמה גבוהה.

נמוך על המדינה וולטאז' טיפות

בתצפיות גבוהות הנוכחיות, המתח קדימה של Thyristor נשאר נמוך (בדרך כלל 1.2 V עד 2.5 V בדירוג הנוכחי) בהשוואה ל- IGBT גבוה, אשר עשוי לרדת 2.5 V ל-3.5 V בדירוג דומה. עבור ממירים הפועלים באלפי amps, אפילו הבדל V אחד מתורגם לקילווואט של חיסכון התנהגותי, שיפור יעילות מערכת וצמצום דרישות קירור נמוכות זה.

גבולות של Thyristors ב-AC/DC

מחסור ב- Gate Turn-Off Capability

המגבלה המשמעותית ביותר של משחתים קונבנציונליים היא חוסר היכולת שלהם להיסגר על ידי השער.פעם, המכשיר נשאר לבצע עד ה- aode טיפות מתחת לזרם ההחזקה (בדרך כלל כמה מ"מ"ג למאות מ"מאמפים) או נאלץ להגביל את הדופק החיצוני (ב- AC/DC), להפוך את ה- off- off- off- off-reconalverseal של מתח זה חייב להיות מוגבל ל-Crepreativeicreprerererereative) כאשר אתה מפעיל את ה-prepreprepreprecereprepreprecreprepreimpreimpreimpreimp.

בקרה מורכבת לעומסים תגובתיים

כאשר ה- AC / DC ממיר מספק עומס מאוד אינדוקטיבי (למשל, מנוע DC גדול או מטען סוללה עם חנוק חלק), הנוכחי למתח את המתח.התיאטרון ממשיך לפעול היטב מעבר לנקודה שבה המתח הולך שלילי עד שהמחצב הנוכחי פועל באופן טבעי, זווית התנהגות מורחבת זו מפחיתה את טווח הירי האפקטיבי ויכולה לגרום לכשל אם זווית הראייה הופכת להפרעה גדולה מדי.

וולטאז' שפייקס ו-Switching Transients

תורו של Thyristor מתרחש בפתאומיות כאשר הנוכחי קורס לאפס, גרימת ספיגות מתח גדולות (די / dv / dv / dv / Dv) על פני המכשיר ואת האלמנטים המעמיקים של המעגל.ללא מעגלים עצביים מתאימים (בדרך כלל רשת ניהול צורך RC להציב הפסדים על כל אחד שלך), transients אלה יכולים לעלות על הדירוג של המכשיר, המוביל לספירת מתח קבוע או לפסולת לחץ דם יעילה יותר.

דרישות ניהול

למרות הפחתת הטיפוח הנמוך, הגורים עדיין מתפזרים חום משמעותי בזרמים גבוהים. A 5 kA מהדהד עם ירידה 2 V קדימה מייצרת 10 קילוואט של חום בתוך הצומת למחצה של המוליכים למחצה. הסרת החום הזה דורש משככי חום גדולים, מחזורי קירור אוויר מאולץ, או מערכות קירור נוזליות אשר מוסיפים נפח ועלויות.

מהירות החלפת

Thyristors הם איטיים מטבעם החלפת מכשירים.הזמן של ה-Turn-on (ton) נע בין 1-10 μs, ואת הזמן של אורכו (tq) מ 10-100 מיקרו בהתאם לדירוג המכשיר ולתנאי המעגל.הזנב הנגרמ על ידי ספקים מאוחסנים של מיעוטים להאריך את תהליך ה-Turn-off. זה מאט את תדירות התפעולית לתדירות (50 או 60) עבור מהירות גבוהה עבור טרה-pvt (לא פחות) עבור מספר יישומים קריטיים (לא פחות מ-pvt) עבור מספר יישומים מהירים עבור מספר ⁇ pcate (לא פחות מ-pvt) עבור מספר ® עבור מספר ⁇ t) עבור ⁇ p.

דור ההרמוניה

ממירי thyristor הנמצאים בשלב זה, שואבים זרם לא-sinusoid מהראשי AC.com.השלב המלבני הנוכחי מכיל תוכן הרמוני-סדר נמוך-סדר נמוך-בעיקר 5, 7th, 11th ו-13th - אשר יכול לגרום לעיוות מתח, overheating של משתנים וגנרטורים מהירים, והפרעה עם ציוד אחר.

השוואה עם מכשירים אחרים

מהנדסים חייבים לשקול את חג המולד לצד מכשירים חלופיים להמרות AC/DC. להלן השוואה קצרה עם המתחרים הנפוצים ביותר.

חג המולד לעומת IGBTs

IGBTs מציעים תור-על מבוקר שער והפך, המאפשר PWM לפעול בתדרים עד עשרות קילווהרץ.הם מספקים איכות מתח גבוהה יותר תגובה טרנספורמטיבית מהירה יותר, עם זאת, IGBTs יש ירידה בלחץ גבוה יותר קדימה בזרמים גבוהים (2.5-3.5 Vvol), מה שהופך אותם פחות יעילים במערכות מרובות-megaוואט.IGBT יש גם יכולת מוגבלת הנוכחית ודורשת יותר לסובלנות מתוחכמת יותר מאשר ל-CDCTvtextreativeration ivuptextextextuptuptupts עבור יישומים שלילי יותר מאשר ivupt Active יותר עבור עלויות ivt Active יותר עבור ivt Active יותר עבור ivupt Active יותר עבור ivt Active יותר עבור ivtvtvtvtr יעיל יותר עבור iGBTr יעיל יותר עבור ivtr יעיל יותר עבור ivtr יעיל יותר עבור ivtvtvtvtvtvtvtvtvtvtvtvtvtvtvtvtvtvtvtvtvt Active יותר עבור גירסאות IGBTvt Active יותר יעיל יותר עבור גירסאות I

מזמורים נגד משה

Power MOSFETs הם מלכי המהירות, מעבר ננו השניות ופועל מעל 100 kHz.ההתנגדות שלהם עולה בחדות עם דירוג מתח, מה שהופך אותם לא יעילים מעל 200 V. עבור מתגי AC / DC בשפל (12-48 V) וטווח כוח נמוך, FET הם דומיננטיים. Thyristors לא יכול להתחרות בתחום זה בגלל הירידה הגבוהה שלהם והחלפת איטי יותר.

הכמרים נגד GTOs ו- IGCTs

היפוך השער (GTOs) ו-GTOs המשולבים של חג המולדים (IGCTs) משלבים את היכולת הנוכחית של האריסטוקרטים עם יכולת של היפוך מבוקרת שער.הם משמשים בדחפים בינוניים ומערכת הרכבות שבו צפיפות כוח גבוהה והתחדשות מחדש נדרשים.

תגיות: Thyristors in AC/DC Converters

High-Voltage Direct Current (HVDC) Transmission

תחנות המרת HVDC משתמשות בשסתום חג המולד כדי להמיר AC ל- DC בקצה המשלוח ובחזרה ל- AC בקצה המקבל.הסתמים האלה מטפלים במתחים עד ±800 kV וזרמים מעל 5 kA. אובדן המדינה הנמוך, החוספסות, ויכולת להיות מסתמך על לוחות זמנים של סדרה ללא מעגלים מורכבים, להפוך את שלך ל-GLT רק עבור יישום זה.

כונן מוטורי גדול

ה- DC מבוסס Thyristor עבור מעבורות מתגלגלות, חצני מלט, וההוריסטים שלי מספקים בקרת מהירות חלקה על ידי התאמת המתח הבוגר באמצעות מתקן גשר נשלט לחלוטין שלושה-phase.הפשטות של השליטה בשלב, בשילוב עם היכולת לעמוד בזרמים מתחילים גבוהים ועומסי יתר, הופך את Thyris rettor לתקן אידיאלי עבור יישומים כבד כל כך.

אלקטרו-כימיקלים וסוללת

צמחי אלקטרוליטיזה דורשים זרמי DC של עשרות אלפי אמפרים במתח נמוך יחסית (כמה מאות וולט) Thyristor Retifiers לספק את הכוח הזה ביעילות ובאמינות.באופן דומה, מטען סוללות גדול של סוללות עבור מחסניות, אוטובוסים חשמליים, אחסון אנרגיה נייח להשתמש גשרים במישרין מבוקר בשלב כדי להסדיר את זרם הטעינה.

כוח אחראי על ציוד תעשייתי

רבים של ציוד כוח תעשייתי להשתמש במרשם טרום-regulator כדי לשלוט במתח אוטובוס DC, ואחריו מופרכת גבוהה של רגולציה תפוקה סופית.המנהל הקודם מספק התאמת מתח coarse ביעילות גבוהה, בעוד המופרע מטפל בתקנה ובבידוד.גישה היברידית זו מפחיתה את הלחץ על הבמה המופנמת ומשפרת את אמינות הכוח הכוללת.

דרישות עיצוב עבור ממיר AC / DC מבוסס Thyristor

מעגל תקשורת

ביישומים של חסימה (למשל, מופנים או ממירים משתנים- ⁇ ), מעצבים חייבים לספק מעגלים חיצוניים כדי לכבות את המחוקק.טכניקות נפוצות כוללות את ההנעה הנוכחית באמצעות קיבול טעון וקצבה נסיעה שלך.הקצבה ההנעה חייבת להיות בגודל כדי לאחסן מספיק אנרגיה כדי להפוך את ההטיה העיקרית למשך זמן ארוך יותר מאשר תורף הזמן שלך למזער את רכיבי הנקה.

עיצוב רשת Snubber Network Design

המעגל החרוטב מעבר לכל Thyristor שולט ב- dv/dt בתורו ו מגביל את המתח העליון overshoot. A טיפוסי RC snubber משתמש ב- capacitor בטווח של 0.1-1 מיקרוF ומתנגד של 10-50 ⁇ , שנבחר על בסיס ניתוח העומס המקסימלי של המכשיר / דירוג כפול ו-Ficphstic inductance.

עיצוב תרמי ו- Heatsinking

הניתוק הכולל של כוח כולל אובדן התנהגות (IFLT:0 RMSFillo:1 × VFLT:2TreaFLT 3:) והחלפת אובדן (החזרה על ידי פלוס הפוך) עבור שולי קו-מאומתים מומלץ להמיר, החלפת הפסדים הם רשלניים, כך החום הוא בגודל של הפסדים טבעיים או קירור נמוך יותר עבור ספירת חום מינימלית, 000, 000, 000, 000 קל יותר, 000 קלפי חום, 000, 000 קל יותר, 000, 000, 000, 000 טמפרטורה נמוכה יותר, 000 טמפרטורה קשה יותר, 000 טמפרטורה קשה, 000, 000, 000 טמפרטורה נמוכה יותר, 000, 000, 000 טמפרטורה קשה יותר, 000 טמפרטורות קירור, 000 טמפרטורות קירור, 000 מקפיאה, 000 טמפרטורות קירור, 000 טמפרטורות מופחתת, 000 טמפרטורות מופחתת, 000 טמפרטורות מופחתת, 000 טמפרטורות מופחתת, 000 טמפרטורות מופחתת, 000 טמפרטורות מופחתת, 000 טמפרטורות מופחתת.

שיטות טיול

עבור בקרת שלב, מעגל שער טיפוסי מייצר רכבת של הדופק מסונכרן עם קו AC. רוחב הדופק חייב להיות ארוך מספיק כדי להבטיח את הבלוטות חג המולד, בדרך כלל 100-500 מיקרון. High- ⁇ של הדופק השער (למשל, 10 kHz) מקטין את גודל ההפיכה או הדופק מספק בידוד רבים מודרני של שער זיהוי משותף כגון: RLTrs שלך הוא שילוב של תכונות זיהוי קושחית (למשל, 10 kris) שלך הוא תכונות הפעלה דומה (R) עבור הפיכה אופטית (R) הפיכה אופטית') הפיכה אופטימחדש (R) הפיכה אופטית') הפיכה אופטית') הפיכה אופטימחדש (R.

מסקנה

Thyristors נשאר בחירה משכנעת עבור ה- AC / DC המרה באנרגיה גבוהה, יישומים נמוכים ל-medium- ⁇ שבו עלות, יעילות, וחוספסות הן הכרחיות.היכולת שלהם להתמודד עם מתחים קיצוניים וזרמים עם כונן שער פשוט וירידה נמוכה על-ידי הגבלת זמן של שליטה מלאה, כמו העברת כוח, כונן גדול, עיבוד אלקטרוכימי.