Thyristors का परिचय

थाइरिस्टर चार-परत अर्धचालक उपकरण हैं जो बिस्टेबल स्विच के रूप में कार्य करते हैं, जो गेट ट्रिगर के बाद ही चालू होते हैं और एक होल्डिंग थ्रेसहोल्ड के नीचे वर्तमान बूंदों तक लेट जाते हैं। कम चालन हानि के साथ उच्च वोल्टेज और धाराओं को संभालने की उनकी क्षमता उन्हें भारी विद्युत प्रणालियों में अनिवार्य बनाती है। रेलवे कर्षण में, जहां बिजली की मांग कई मेगावाट से अधिक हो सकती है, थाइरिस्टर विश्वसनीय संचालन के लिए मजबूती, दक्षता और नियंत्रण की आवश्यकता प्रदान करते हैं। यांत्रिक स्विच के विपरीत, वे कम arcing और पहनने के साथ तेजी से स्विचिंग प्रदान करते हैं, कंपन, तापमान चरमता और विद्युतीय शोर के अधीन कठोर वातावरण में एक महत्वपूर्ण लाभ।

रेलवे ट्रैक्शन में थाइरिस्टर्स की भूमिका

आधुनिक रेलवे कर्षण प्रणालियों को ओवरहेड कैटेनेरी लाइनों या तीसरे रेल से कर्षण मोटर्स तक विद्युत शक्ति का सटीक प्रबंधन की आवश्यकता होती है। Thyristors इस विद्युत इलेक्ट्रॉनिक रूपांतरण के लिए केंद्रीय हैं, जो एसी-टू-डीसी और डीसी-टू-एसी रूपांतरण को नियंत्रित वोल्टेज और वर्तमान के साथ सक्षम बनाता है। वे सुधारक, इनवर्टर और डीसी हेलिकॉप्टरों में कार्यरत हैं, जो विद्युत एकाधिक इकाइयों (ईएमयू), लोकोमोटिव और प्रकाश रेल वाहनों में प्रणोदन नियंत्रण की रीढ़ बनाते हैं। आवेदन के प्रमुख क्षेत्रों में परिवर्तनीय डीसी आउटपुट और एसी मोटर के पुनर्योजी ब्रेकिंग और वेक्टर नियंत्रण के लिए इनवर्टरों के लिए नियंत्रित सुधारक शामिल हैं।

नियंत्रित करनेवाला

थायरिस्टर आधारित नियंत्रित रेक्टिफायर डीसी कर्षण मोटर्स के लिए समायोज्य डीसी वोल्टेज में ओवरहेड लाइन से एसी आपूर्ति को परिवर्तित करते हैं। थायरिस्टर फायरिंग एंगल को अलग करके, इंजीनियर मोटर वोल्टेज को विनियमित कर सकते हैं, जिससे बड़े पावर रेसिस्टर्स के बिना चिकनी त्वरण और मंदी की अनुमति मिलती है। प्रारंभिक थायरिस्ट ड्राइव ने चरण-नियंत्रित पुलों (जैसे, सिंगल-फेज या तीन-चरण पूरी तरह से नियंत्रित पुल) का इस्तेमाल किया ताकि लहर मुक्त डीसी का उत्पादन किया जा सके। आधुनिक डिजाइन हार्मोनिक विरूपण को कम करने और बिजली कारक में सुधार के लिए अनुक्रमिक नियंत्रण को शामिल करते हैं। आउटपुट वोल्टेज को नियंत्रित करने की क्षमता लगातार भिन्नता वाले ढाल और लोड की स्थिति को नियंत्रित करने में सक्षम बनाती है।

पुनर्योजी ब्रेकिंग के लिए इनवर्टर

एसी कर्षण प्रणाली में, वोल्टेज स्रोत इनवर्टर (VSI) थाइरिस्टर्स का उपयोग करके डीसी को लाइन से या बैटरी को परिवर्तनीय आवृत्ति एसी में प्रवेश या स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटर्स के लिए परिवर्तित कर देता है। एक महत्वपूर्ण प्रगति गेट टर्न-ऑफ थाइरिस्टर (GTOs) और एकीकृत गेट-कम्प्यूटेटेड थाइरिस्टर्स (IGCTs) का उपयोग है जो कि मजबूर कम्यूटेशन की अनुमति देता है। पुनर्योजी ब्रेकिंग के दौरान, कर्षण मोटर एक जनरेटर के रूप में कार्य करती है, और इन्वर्टर डीसी में वापस एसी को परिवर्तित करने के लिए रिवर्स मोड में काम करती है। यह डीसी ऊर्जा को अन्य ट्रेनों द्वारा 30% तक उपयोग के लिए ओवरहेड लाइन में खिलाया जा सकता है।

आधुनिक ट्रैक्शन में उन्नत थायरिस्टर प्रकार

जबकि पारंपरिक चरण नियंत्रित थायिस्टर (SCR) का अभी भी कुछ विरासत प्रणालियों में उपयोग किया जाता है, आधुनिक कर्षण इनवर्टरों ने अधिक परिष्कृत उपकरणों को रोजगार दिया है:

  • Gate Turn-off Thyristors (GTOs): को नकारात्मक गेट पल्स द्वारा बंद किया जा सकता है, जो भारी कम्यूटेशन सर्किट की आवश्यकता को समाप्त करता है। GTOs का व्यापक रूप से लोकोमोटिव और हाई स्पीड ट्रेनों के लिए उच्च शक्ति वाले कर्षण इनवर्टरों में उपयोग किया जाता है।
  • ]Integrated गेट-संयुक्त थाइरिस्टर्स (IGCTs):] तेजी से स्विचन गति के साथ कम चालन हानि को कम करें, जिससे उन्हें बहु स्तरीय पलटनेवाला टोपोलॉजी के लिए उपयुक्त बनाया गया। IGCT एकीकृत गेट इकाइयों और कम snubber आवश्यकताओं के कारण GTOs की तुलना में उच्च विश्वसनीयता प्रदान करते हैं।
  • ]सिलिकॉन नियंत्रित करनेवाला (SCR): अभी भी पुराने LRVs के लिए डीसी हेलिकॉप्टर सर्किट में पाया गया और कुछ सहायक बिजली की आपूर्ति, हालांकि IGBTs द्वारा चरणबद्ध किया जा रहा है।

ABB की उच्च शक्ति IGCTs कला की स्थिति को बढ़ाते हुए, कई केवी और केए को कम स्विचिंग नुकसान के साथ संभालते हैं।

रेलवे सिस्टम में थाइरिस्टर्स का उपयोग करने के लाभ

  • हाई पावर हैंडलिंग: थाइरिस्टर्स कई हजार एम्पर्स की चरम धाराओं का प्रबंधन कर सकते हैं और 10kV तक वोल्टेज को अवरुद्ध कर सकते हैं, भारी-आयु और उच्च गति वाली ट्रेनों की मांगों को पूरा कर सकते हैं।
  • Efficiency: लो ऑन-स्टेट वोल्टेज ड्रॉप (आम तौर पर 1-2 वी) के परिणामस्वरूप समान वर्तमान स्तरों पर द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर की तुलना में न्यूनतम चालन हानि होती है।
  • Reliability: : बीहड़ निर्माण के साथ कोई आगे ब्रेकडाउन मुद्दों और उच्च वृद्धि वर्तमान क्षमता निरंतर संचालन और क्षणिक दोष के तहत लंबे समय तक सेवा जीवन सुनिश्चित करते हैं।
  • ]कंट्रोल लचीलापन: एडवांस्ड गेट फायरिंग सर्किट आउटपुट वोल्टेज और आवृत्ति के सटीक समायोजन की अनुमति देते हैं, जिससे ठीक-ट्यूनेड ट्रैक्शन कंट्रोल और ऊर्जा वसूली सक्षम होती है।
  • Cost-Effectiveness: बहुत उच्च शक्ति रेटिंग (multi-MW), थाइरिस्टर IGBT मॉड्यूल की तुलना में अधिक किफायती रहते हैं, विशेष रूप से लाइन आवृत्ति अनुप्रयोगों में।

चुनौतियां और समाधान

उनकी ताकत के बावजूद, थाइरिस्टर डिजाइन चुनौतियों को प्रस्तुत करते हैं। उनके विशिष्ट प्रकृति का मतलब है कि उन्हें पारंपरिक SCR में गेट कंट्रोल के माध्यम से बंद नहीं किया जा सकता है, ऑपरेटिंग आवृत्ति को प्रतिबंधित करने वाले मजबूर कम्यूटेशन या प्राकृतिक शून्य-क्रॉसिंग को बंद कर दिया जा सकता है। GTOs / ICT का उपयोग करने वाले उच्च शक्ति वाले इनवर्टरों को जटिल गेट ड्राइवर सर्किट और स्विच के दौरान di / dt और dv / dt को नियंत्रित करने के लिए snubber नेटवर्क की आवश्यकता होती है। थर्मल प्रबंधन भी महत्वपूर्ण है: उच्च वर्तमान घनत्व महत्वपूर्ण गर्मी उत्पन्न करते हैं, आधुनिक कर्षण ड्राइव में तरल शीतलन प्रणाली की मांग करते हैं। समाधान में पानी के साथ पानी के लिए पानी के साथ हस्तक्षेप करने वाले गर्मी सिंक का उपयोग करना, उन्नत थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री, और निगरानी करना चाहिए।

थिरिस्टर-आधारित ट्रैक्शन में भविष्य के रुझान

शक्ति अर्धचालकों का विकास जारी है। व्यापक-बैंडगैप डिवाइस जैसे सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) MOSFETs और गैलियम नाइट्राइड (GaN) FETs कम वोल्टेज कर्षण सहायक के लिए उभर रहे हैं, लेकिन 3kV से ऊपर वोल्टेज पर मुख्य प्रणोदन के लिए, थाइरिस्टर प्रौद्योगिकी प्रतिस्पर्धी बनी हुई है। हाइब्रिड मॉड्यूल प्रेस पैक पैकेजिंग के साथ IGCTs को जोड़ने से उच्च वर्तमान रेटिंग और लघु सर्किट विफलता मोड में वृद्धि हुई है। एक अन्य प्रवृत्ति बहु स्तरीय परिवर्तकों (जैसे, तटस्थ बिंदु क्लैंप या मॉड्यूलर बहु स्तरीय) को अपनाने वाली है जो इन अग्रिमों में कई थिरिस्टर स्विचों का उपयोग करती है।

निष्कर्ष

Thyristors रेलवे कर्षण बिजली नियंत्रण का एक कोनेस्टोन बने, क्लासिक डीसी मोटर ड्राइव से लेकर उन्नत एसी प्रणोदन के साथ पुनर्योजी ब्रेकिंग के साथ। उनके उच्च वोल्टेज और वर्तमान क्षमता, IGCTs और GTOs के माध्यम से स्विचिंग प्रदर्शन में सुधार के साथ संयुक्त, यह सुनिश्चित करता है कि वे दुनिया की सबसे अधिक मांग वाली रेल प्रणालियों में कार्यरत रहेंगे। चूंकि रेलवे ऑपरेटर अधिक ऊर्जा दक्षता और कम जीवन चक्र लागत के लिए धक्का देते हैं, इसलिए थायरिस्टर आधारित पावर इलेक्ट्रॉनिक्स डिजिटल नियंत्रण एल्गोरिदम और व्यापक-बैंडगैप विकल्पों के साथ विकसित होंगे, दशकों तक उनकी प्रासंगिकता को बनाए रखेगा। आगे पढ़ने के लिए, [FLT: 0]Rail, [FLT]]