תפקיד ה- Thyristors ב- שלב בקרת ו- Power Regulation Systems

בקרת חשמל היא דרישה בסיסית באוטומציה תעשייתית, אלקטרוניקה צרכנית והפצת אנרגיה.בין המכשירים המוליכים למחצה שפותחו כדי לטפל בצורך זה, המחוקק יוצא לפועל על התנהגותו הייחודית של מעבר ליכולת יוצאת דופן להתמודד עם מתחים גבוהים וזרמים.בניגוד לטרנסיסטורים, הפועלים באזור הגדלה מתמשך, השחקים פועלים כמתגים מכובשים: פעם, נשארים עד לסט הנוכחי מתחת לסף המתאים להחלפת כוחות.

Thyristors, הידוע גם כ- סיליקון מבוקר (SCRs) בצורתם הנפוצה ביותר, הם ארבעה שכבות p-n-p-n מכשירים עם שלושה מסופים: aode, Cathode, ואת השער.המכשיר בדרך כלל כבוי, חסימת מתח בשלב בשני הכיוונים עד דופק קטן גורם אותו להתנהלות.

מבצע מימון של Thyristors

כדי להעריך את התפקיד של שלךנים במערכות בקרת חשמל, עליך קודם להבין את המבנה הפנימי שלהם ואת התנהגות מעבר.המשיח מוזרק ארבע שכבות משנה של חומר סוג ו N-type Semiconductor, להרכיב שלושה צומת p-n: J1, J2, J3, ו- J3. במצב חסימת קדימה (החיובי בכבוד ל- Cathode), צומת J1 ו-J3-J2ho-J2D) הופך לזרם קטן כל כך לאחור, כאשר הוא זרם אלקטרונים בלבד, ורק ב-J2ho-J2Dy בלבד, ו-J2DJ2Dyd, ו-J2Dyd, הוא זרם למטה, ו-J2D2D.

לאחר ביצוע, המחוקק נשאר במצב על-פני המדינה כל עוד ה- aode הנוכחי עולה על זרם ההחזקה. במעגל AC, הזרם נופל אפס כל חצי מחזור, אשר באופן טבעי הופך את המקדש.הטבעי הזה הוא מה שעושה את Thyristors אידיאלי עבור בקרת שלב AC.הזמן, בדרך כלל עשרות מיקרו-שניות, הוא קריטי עבור יישומים הדורשים מעבר גבוה, אבל עבור תפקוד מינימלי, אך אמין, עם תפקודים, (50/ריבית) עם ביצועים.

פרמטרים חשובים נוספים כוללים את מתח ההפסקה (המתח הקדם ביותר המכשיר יכול לחסום ללא גרימת), השער גורם נוכחי (בדרך כלל כמה מ"מאמפים למאות מ"מאמפים), ואת יכולת dV / dV (הקצב המקסימלי של מתח לעלות המכשיר יכול לעמוד ללא תור מקרי). המחוקקים המודרניים יכולים להתמודד עם זרם עד כמה אלפי amps ו- kV, מה שהופך אותם הכרחי במערכות כוח תעשייתיות כבדות.

מערכות בקרה שלב: עקרונות ויישומים

(הופנה מהדף שלב-השליטה, היא היישום הנרחב ביותר של הכמרים במעגלי AC.המושג הוא פשוט: על ידי עיכוב נקודת ההדק של המחוקק ביחס לאפס-קרוס של ה- AC, הכוח הממוצע הנמסר לעומס אימפולסיבי או אינדוקטיבי (RLT) ניתן לשנות ללא הרף מאפס לעוצמה מלאה.

מעגלי בקרה שלב בדרך כלל מעסיקים גלאי אפס-קרוס וגנרטור רמפה-and-pulse כדי לייצר אותות שער בזווית האש הרצויה.עבור עומסים אינדוקטיביים כגון מנועים, מקטור שני נדרש כדי להתמודד עם חצי-מחזור שלילי (TRIAC או back-to-back SCRs), ואת זווית הירי מותאם לחשבון עבור עומס כוח סגור-שליטה על ידי דיוק או תפוקה הנוכחית.

יישומים משותפים של שלב בקרה

  • (FLT:0) Light Dimmers: FLT:1 מקומי תאורה תיאטרלית dimmers להשתמש TRIACs או SCRs כדי להתאים בהירות מנורה על ידי שינוי זווית ההנעה. כי מנורות בלתי קנזנות הם התנגדות, הקשר בין זווית האש לבין בהירות נתפסת הוא מונוטוני, מה שהופך שליטה פשוטה.
  • (FLT:0Motor Speed Controls for AC Motors:cioFLT:1) מנועים אוניברסליים, בשימוש לעתים קרובות בכלי חשמל ומכשירי חשמל ביתי, ליהנות מבקרת מהירות מבוססת-העל שלך.על ידי שינוי המתח החל המנוע, המאפיין המהיר של ה-Storque משתנה, המאפשר שינוי מהירות חלק מ- Zero כדי לדרג מהירות DCs יכול גם להיות נשלט עם תצורה אחת, אם כי הוא קבוע עבור גשר מלא, אם כי הוא כולל של הגשר.
  • (FLT:0) Heater Powerתקנה: FLT:1 צמחיות חשמל תעשייתיות, תנורים, וחום קידוד להשתמש בקרים כוח השליח כדי להסדיר את הטמפרטורה.שלב בקרה מספק התאמה רציפה של כוח, הימנעות ההלם התרמי ו inrush הנוכחי הקשור על אופניים על-off.עבור עומסי חימום גדולים, SSR (מסילת מדינה) המכילים חזרה-ל-to-back SCR הם מציעים חיים אוטומטיים ובלבד כיבודים ארוכים.
  • (FLT:0) חומרים שצופים ועיוותים: FLT:1 שלב-מחדש מבוקרים באמצעות Thyristors להמיר AC למשתנה DC עבור סוללות טעינה, אלקטרו-plating, ו anodizing. על ידי עיכוב זווית הירי על מחזר מלא בגשר שלך, את מתח הפלט ניתן להגדיר בין אפס לפסגות של AC, ומאפשר רגולציה מדויקת.

בקרת שלב מציעה מספר יתרונות על שיטות חלופיות כגון משתנים משתנים משתנים או מודציה דו-ממדית (PWM) היעילות גבוהה כי המחוקק פועל באופן מלא על (טבע) או מלא במצב, צמצום התנהגות והחלפת הפסדים. מעגל הבקרה הוא פשוט יחסית ויעיל, במיוחד עבור רמות כוח בינוניות-גבוהות.

מערכות תקנות באמצעות Thyristors

מעבר לשליטה פשוטה בשלב, האריסטוקרטים הם אבני בניין בסיסיות במערכות רגולציה כוח גדולות יותר.מערכות אלה להמיר, לווסת, ותנאי חשמל כדי לעמוד בדרישות עומס ספציפיות תוך שמירה על מתח ויציבות תדירות. המרירים המבוססים על Thyristor משמשים באופן נרחב בתמסורת גבוהה DC (HVDC), כוננים תעשייתיים, שילוב אנרגיה מתחדש, ואספקה בלתי ניתנת לנית (UPS).

המונחים: rectifiers

(הופנה מהדף ה-Wristators במקום דיודות כדי לייצר פלט DC משתנה ממקור AC.The Single-phase Full-wave מבוקר, המורכב מארבעת SCRs, יכול לייצר ממוצע של DC מ-אפס עד 0.9 פעמים מתח ה-RMS-pse מבוקר Retifiers-RLT2F) הוא נפוץ יותר ביישומים תעשייתיים, כי הם מספקים פלט DC חלק עם כוח נמוך יותר ו-F2LL (D) 3 ליטרים מבוקרים) תחת פיקוד על ידי 2LL4.

ממריצים מבוקרים הם חיוניים בכוננים מוטוריים DC, שבו בקרת מתח אבההה מספקת מומנט ותקנה מהירות.הם משמשים גם את השלב הקדמי של מולטיטורים רבים ואספקת כוח מתג, המאפשרת רגולציה מוקדמת של מתח אוטובוס DC. Regenerativeking בכוננים בדרכי הנשימה מושגת על ידי הפעלת מחזרת השליחים במצב הversion (α > 90°) שולחת את הכוח בחזרה לרשת AC.

מפקחים על AC Voltage

בקרי מתח AC Thyristor - שנבנו לעתים קרובות עם שני SCR ב- Anti-מקביל או TRIAC יחיד - באופן ישיר לשנות את מתח הפלט RMS לטעון ללא שינוי תדירות.בניגוד לשליטה בשלב, שהוא צורה של בקר מתח AC, קטגוריה זו כוללת גם שליטה חלקית (בוריסט-פיר), שבו המקטור מופעל על מחזורים שלמים ומחוצה לה, ומייצרת תת-מחזור של פגיעה במתח נמוך, אך עלולה להפחתת שליטה חלקית.

הבחירה בין בקרת שלב ובקרת מחזור אינטגרלית תלויה במאפייני העומס.עבור עומסים רגישים להרמוניה, כגון הטרנספורמציה או המנועים, בקרת מחזור אינטגרלית נמנעת לעתים קרובות משום שהרכיב DC מהירי האסימטרי יכול לגרום לשתקה הליבה.שלב בקרה, אם כי עשיר הרמוני, יכול להיות מאוזן באמצעות ירי סימטרי והוספת מסננים פסיביים.

ה-Taristor Inverters

מופנים להמיר את כוח DC ל- AC של תדירות ומתח ניתנים להתאמה.בעוד שמכשירי קוד מתח מודרניים (VSIs) משתמשים בעיקר ב- IGBTs עבור PWM מעבר, המהפך של Thyristor מבוסס קוד נוכחי (CSIs) עדיין מוצאים יישום ברמות גבוהות מאוד כוח (טווח מואץ) ובמערכות HVDC.

וולטאז' רגאולטורים ו-Stbilizers

הרגולטורים מבוססי Thyristor שומרים על מתח AC קבוע למרות וריאציות במתח קלט או עומס. הרגולטור משתמש טרנספורמציה משתנה ברז או autotransformer מבוקר שלב כדי להתאים את יחס התפנית האפקטיבי.על ידי חישה את מתח הפלט והתאמה של זווית האש של זוג thyristor המחובר ל-transformer משנה, הרגולטור יכול לפצות על דיפרציות וגבעבועות כאלה משמשים בתוך מתח רגיש או לחץ אחד של תאים גמישים.

היתרונות של Thyristors ב Power Regulation

Thyristors ממשיכים לשמש בעיצובים חדשים לצד מכשירים מודרניים יותר, כי הם מציעים יתרונות ספציפיים:

  • (FLT:0) מתח גבוה וטיפול נוכחי: FLT:1ir-pack thyristors ניתן לחבר בסדרה ומקבילה ליצירת שסתום מדורגים עבור מאות kV ועשרות kA, לא מכשיר חצי מוליכים אחר תואם את היכולת הזו עבור יישומים קו- ⁇ .
  • (FLT:0)Low on-state Loss:FLT:1 הירידה במתח קדימה היא בדרך כלל פחות מ 2 V אפילו בדירוג הנוכחי, וכתוצאה מכך הפסדים התנהגות סביב 0.5% מהכוח הדירוג.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) ,Simple Gate Drive:FLT:1 בניגוד IGBTs או MOSFET, הדורש אות שער מתמשך במהלך ביצוע, Thyristors צריכים רק דופק קצר כדי להפעיל.
  • (FLT:0) נזילות בעיגולים AC:IRLT:1 עבור בקרת שלב AC ומרים קו-קו-מוגדרים, אין צורך במעגלות טיסות מאוישות, צמצום עלויות המערכת הכוללות והמורכבות.

מגבלות ושיקולי עיצוב

למרות היתרונות שלהם, ל Thyristors יש מגבלות כי מעצבים חייבים לטפל.המשמעותיים ביותר היא כי הם לא יכולים להיות כבוי דרך השער; התפנית תלויה בעומס הנוכחי נופל מתחת לזרם ההחזקה.זה הופך את Thyris unsuittors עבור יישומי DC ללא מעגלי נסיעה בכפייה (למשל, חזרה או תפנית נפרדת SCR).

דאגה נוספת היא אפקט דV / dt מעורר: עלייה מהירה בלחץ העור יכול לגרום למקדש להפוך את inadvertently. Designers להשתמש מעגלים נובר (רשתותRC) על פני המכשיר להגביל dV / dt. בדומה, ד"ר גבוה / edt במהלך בתורו יכול לגרום חימום מקומי וכישלון; הדופק חייב להיות מותאם כדי להבטיח שלב כזה, עשוי להיות מופחתת כדי למנוע את זה בשלב הנוכחי, עלול להיות מופחתת.

ניהול תרמי הוא גם קריטי: למרות מתח נמוך על המדינה, את סך של פיזור כוח יכול להיות משמעותי בזרמים גבוהים, הדורש כיור חום גדול או אוויר מאולץ / קירור אוויר / נוזלי.די נתונים לספק עקומות תרמיות כדי לסייע בתכנון חום הרחם סוף סוף, שלך לייצר זרמים הרמוניים שיכולים לעוות את אספקת AC ולהפריע בציוד אחר.

סוגים של זמרים מעבר ל-SCR

בעוד SCR הוא המחוקק המוכר ביותר, קיימות מספר גרסאות כדי לענות על צרכי ההחלפה הספציפיים:

  • (FLT:0TRIAC (Triode AC Switch): בעיקר שני SCRs ב- Antiמקביל עם שער משותף, TRIAC יכול לפעול בשני הכיוונים.זה נפוץ בשליטה AC בעוצמה נמוכה, כגון dimmers מגורים ובקרת מהירות המעריצים.עם זאת, TRIACs יש יכולת נמוכה יותר dV / לא מ-SCRsCRs והם נוטים יותר להפוך את הכשל השלישי.
  • (FLT:0GTO (Gate Turn-Off thyristor): FLT ( 1:1 ניתן לכבות את GTO על ידי זרם שער שלילי, חיסול הצורך מעגלים טיסה כפויה. GTOs משמשים בדחפים בינוניים ויישומים של מתחנן שבו DC הנוכחי הוא צורך.לכבות רווחים (ratio זרם כדי להפוך את שערי זרם) הוא בדרך כלל נמוך (3-GB, אך בעיקר על ידי יחידות נוספות, אך הם נותרו קיימים.
  • (FLT:0)IG (Integrated Gate-Commutated Thyristor): מכשיר היברידי המשלב GTO עם כונן שער חינוך נמוך, IGCT מציע תפנית מהירה יותר, יעילות גבוהה יותר, ונמוך יותר מתח על-מדינתי מאשר GTO. IGCTs משמשים בעלי עוצמה גבוהה עבור טורבינות, משאבות, משאבות, ומדחסמחסזים.
  • (הופנה מהדף ההרחבה:0)MCT (MOS-Controlled Thyriseur): A Yourristor 1 A Yourristor שניתן להפעיל ולהפסיק באמצעות מבנה שער MOSFET.The MCT מציע מעבר מהיר יותר מאשר GTO ובקרת שער פשוטה יותר, אבל המתח שלה ואת הדירוג הנוכחי שלה נמוכים יותר.
  • (ב) [15] אור-טריגר את Thyristor (LTT): 1FLT במקום דופק שער חשמלי, ה- LTT מופעל על ידי דופק אור, מתן בידוד גליוני וחסינות רעש גבוהה. LTTs משמשים בתחנות המרת HVDC, שבו האות מועבר באמצעות סיבים אופטיים.

כל סוג מציע איזון שונה של מהירות מעבר, אובדן מצב, יכולת תפנית, ועלות. בחירת הגרסאות הימניות של Thyristor עבור יישום נתון דורש שיקול זהיר של מתח, נוכחי, תדירות, ובקרת מורכבות.

מגמות מודרניות ועתידם של חג המולדים

הנוף של אלקטרוניקה כוח עבר לכיוון רחב פסאגפ התקנים כגון סיליקון carbide (SiC) MOSFETs ו nitride gium (GaN) עבור יישומים גבוהים ⁇ , עם זאת, Thyris נשארים irmodable ב תצורה גבוהה מאוד, מערכות קידוד קו ייצור שלך הובילו התקנים נמוכים יותר על המדינה, מתח גבוה יותר (Ricmates) הוא יעיל יותר תצורה של HCR שלך (Ricmates) קומפקטית תאים) ו-Ricated CVate) הוא יעיל יותר (Ricmates) קומפקטית (R.comd) קומפקטית של מערכת RMVate) RMDVate) קומפקטית של קומפקטית (R.comtator) קומפקטית (R.comtctioned CVate) קומפקטית (R.comtator) הוא יעיל יותר (R.comtator) קומפקטית של מערכת קומפקטית של מערכת MVate) הוא יעיל יותר של מערכת MVate סטנדרטית של מערכת MVate (R.comtctioned CVate) קומפקטית (R.comtctioned CVate) הוא קומפקטית (R.

במגזר האנרגיה המתחדשת, האריסטוקרטים משמשים בחופי החוף ובחיבורי רוח offshore, מעכבי פוטו-וולטאיים סולאריים עבור צמחים בקנה מידה גדול של תועלת, ובמבנים סינכרוניים סטטיים (STATCOMs) לייצוב רשת.הדוח לחשמל של תחבורה כבדה, כולל ספינות חשמליות וקטרים, גם מסתמך על מערכות כוח מבוסס Thyristor עבור כוח רב-אווירה יעילה של יישומים קצרים אלה, אשר ממשיכים למנוע טיפול תרופתי (מערכת נקייה נמוכה יותר, אשר מאפשר שיפור איטי של המערכת הנוכחית, אשר מסייעות, אשר מסייעות, אשר ממשיכה, אשר מאפשר שיפור איטי של המערכת החיסונית).

זה לא נדיר לראות מערכות היברידיות שבו חג המולדים להתמודד עם כוח גדול מעבר בזמן IGBTs (או SiC MOSFET) לנהל את המודולציה גבוהה של אדריכלות היברידית כזו משלבת את הטוב ביותר של שני העולמות: אובדן התנהגות נמוך של שלך עבור מסלולים עתירי גבוה ואת המעבר המהיר של IGBTs עבור עיצוב גבוה.

מסקנה

Thyristors, מן ה- SCR הקלאסי ועד התקנים מתקדמים של IGCTs והאור, נשארים יסודיים לשלב מערכות בקרה ותקנות כוח.היכולת שלהם להתמודד ביעילות עם זרמים קיצוניים ומתחים, בשילוב עם דרישות פשוטות לנהג השער ונסיעות טבעיות במעגלים AC, מבטיחה את השימוש המתמשך שלהם בדחפים תעשייתיים, בקרה, חימום, שידור HVDC, וייצוב בעוד טכנולוגיות חדשות למחצה יש מגבלות גבוהות, שבו יש מגבלות שטח מאובטחות, ואפקטיביות על גבי התקנים גבוהים, ומאובטחים, יש כמה מוליכים למחצה, ומאובטחים, ואפקטיביעים, במידת יכולת גבוהה, ומאובטחים, ומאובטחים, במידת הצורך שלך, עלות, על גבי התקנים גבוהים יותר, על גבי התקנים גבוהים, על גבי התקנים גבוהים, עלות, על גבי התקנים גבוהים, על גבי מוליכים למחצה, ומאובטחים, עלות, ואפקטיבי התקנים גבוהים, על גבי התקנים גבוהים, ואפקטיביים, ואפקטיביים, על גבי התקנים גבוהים, ואפקטיביים, כאשר יש כמה מוליכים למחצה, על גבי התקנים גבוהים יותר, על גבי התקנים גבוהים, יש מגבלות שטח, על גבי התקנים גבוהים יותר, עלות, יש כמה מוליכים למחצה, יש כמה מנגנוני אבטחה, על גבי מנגנוני

מהנדסים וסטודנטים המבקשים לעצב מערכות בקרה חזקות של כוח חייבים להבין הן את עקרונות התפעול של הכמרים ואת השיקולים המעשיים של קידוד, געגוע, ניהול תרמי והפחתה הרמונית. על ידי שליטה במושגים אלה, הם יכולים לרתום את מלוא הפוטנציאל של פתרונות מבוססי Thyristor, איזון ביצועים, יעילות ומורכבות מערכת. כמו הביקוש העולמי להמרות אנרגיה יעילה, המחוקק ימשיך להתפתח, לעמוד באתגרים של כוח אלקטרוניקה מחר.

(ב) מקורות קשורים: (ב) ויקרא: ויקרא: ויקרא: ויקרא י"ד): "ה' (בראשית כ"ד): "ה' (בראשית כ"ד): "ה') ויקרא ויקרא: ויקרא: ויקרא יט): "ה' ויקרא ויקרא יט': ויקרא ויקרא יט': ויקרא יט"ד': יט"ד':