Файл: Metodichka_po_elektrotekhnike_kolledzh (1).doc

Симметричный тиристор — это тиристор, имеющий практически одинаковые вольтамперные характеристики при различных полярностях приложенного напряжения.

Основой симметричного тиристора является кремниевая монокристаллическая структура, состоящая из пяти областей с чередующимся типом электропроводности, которые образуют четыре р-n-перехода (рис.4 а). Крайние переходы зашунтированы объемными сопротивлениями прилегающих к этим р-n-переходам областей с электропроводностью p-типа.

Если на такой тиристор подать напряжение плюсом на область n₁ и минусом на область n₃ то p-n-переход окажется включенным в обратном направлении, и ток, проходящий через него, будет пренебрежимо мал. Весь ток через тиристор при такой полярности приложенного напряжения будет проходить по шунтирующему сопротивлению области р₁. Четвертый p-n-переход будет включен в прямом направлении и, при достаточном значении напряжения, через него будет происходить инжекция электронов. Значит, при выбранной полярности внешнего напряжения рабочая часть тиристора представляет собой структуру р-n-р-n, в которой могут происходить те же процессы, что и в обычном двухэлектродном тиристоре, приводящие к переключению его из закрытого состояния в открытое и обратно.

При перемене полярности внешнего напряжения четвертый p-n-переход окажется включенным в обратном направлении и, обладая при этом большим сопротивлением, будет целиком зашунтирован относительно малым сопротивлением области р₂. Следовательно, при изменении полярности внешнего напряжения рабочая часть тиристора представляет собой структуру п-р-п-р, способную переключаться из закрытого состояния в открытое и обратно.

Таким образом, симметричный тиристор можно представить в виде двух тиристоров, включенных встречно и шунтирующих друг друга.

При изготовлении такой тиристорной структуры с геометрической симметрией относительно центра средней области n₂ и при одинаковых электрических параметрах p-n-переходов 1 и 4, 2 и 3 вольт-амперная характеристика симметричного тиристора также будет одинаковой при разных полярностях приложенного напряжения (рис. 4 б).

Симметричный тиристор можно сделать управляемым, если у одной из областей с электропроводностью p-типа осуществить невыпрямляющий контакт с соответствующим управляющим выводом.

Тиристорный регулятор напряжения с коммутацией путем подключения заряженной емкости

Рис.5. Временная диаграмма и принципиальная электрическая схема тиристорного регулятора напряжения

Из этого следует, что среднее значение напряжения на нагрузке можно вычислить по формуле:

где U_d - среднее значение напряжения на нагрузке;

T - период переключения ключа;

f - частота переключения;

q - скважность.

В формуле используется такое понятие как скважность. Скважность – это отношение полного периода переключения к длительности замкнутого состояния q=T/t_З. За счет изменения величины скважности изменяется выходное напряжение данной схемы. Регулирование за счет изменения ширины импульса называется широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

В схеме данного варианта (рис. 5) способ ШИМ реализован следующей системой. Сигнал пилообразной формы, поступающий от генератора пилообразного напряжения (ГПН), сравнивается на компараторе с эталонным сигналом U_ОП и сигналом датчика выходного напряжения U_Н в цепи обратной связи. В зависимости от соотношения величин этих сигналов изменяется длительность управляющих сигналов формирователя импульсов (ФИ), согласующим СУ с ключом. В данной схеме принудительная коммутация (выключение) основного силового тиристора VS осуществляется подключением к тиристору VS заряженного конденсатора Ск. Предполагая активно-индуктивный характер нагрузки, в цепь схемы введен диод VD для протекания тока, обусловленного энергией, накопленной в индуктивной составляющей нагрузки на интервале выключенного состояния тиристора VS. Подключение конденсатора Ск к основному тиристору осуществляется вспомогательным тиристором VS_k. Управление регулятором производится подачей отпирающих импульсов тока с выхода ФИ на управляющие электроды тиристоров.

Тиристорные регуляторы напряжения с амплитуднофазовым управлением

Врегуляторе, схема которого показана на рис. 6, использованы два тринистора, открывающиеся один в положительный, а другой - в отрицательный полупериоды сетевого напряжения. Действующее напряжение на нагрузке R_н регулируют переменным резистором R3.

Puc. 6

Регулятор работает следующим образом. В начале положительного полупериода (плюс на верхнем по схеме проводе) тринисторы закрыты. По мере увеличения сетевого напряжения конденсатор. С1 заряжается через резисторы R2 и R3. Увеличение напряжения на конденсаторе отстает (сдвигается по фазе) от сетевого на величину, зависящую от суммарного сопротивления резисторов R2, R3 и емкости конденсатора С1. Заряд конденсатора продолжается до тех пор, пока напряжение на нем не достигнет порога открывания тринистора Д1. Когда тринистор откроется, через нагрузку Rн потечет ток, определяемый суммарным сопротивлением открытого тринистора и Rн. Тринистор Д1 остается открытым до конца полупериода. Подбором резистора R1 устанавливают желаемые пределы регулирования. При указанных на схеме номиналах резисторов и конденсаторов напряжение на нагрузке можно изменять в пределах 40- 220 В.

В течение отрицательного полупериода аналогично работает тринистор Д4. Однако, конденсатор С2, частично заряженный в течение положительного полупериода (через резисторы R4 и R5 и диод Д6), должен перезаряжаться, а значит и время задержки включения тринистора должно быть большим. Чем дольше был закрыт тринистор Д1 в течение положительного полупериода, тем большее напряжение будет на конденсаторе С2 к началу отрицательного и тем дольше будет закрыт тринистор Д4.

С фазоимпульсным управлением

Регулятор, схема которого показана на рис.7, управляется автоматически сигналом U_ynp. В регуляторе использованы два тиристора – тринистор Д5 и динистор Д7. Тринистор открывается импульсами, которые формируются цепочкой, состоящей из динистора Д7 и конденсатора С1. В начале каждого полупериода тринистор и динистор закрыты и конденсатор С1 заряжается током коллектора транзистора Т1. Когда напряжение на конденсаторе достигнет порога открывания динистора, он откроется и конденсатор быстро разрядится через резистор R2 и первичную обмотку трансформатора Тр1. Импульс тока со вторичной обмотки трансформатора откроет тринистор. При этом управляющее устройство будет обесточено (так как падение напряжения на открытом тринисторе очень мало), динистор закроется. По окончании полупериода тринистор выключится и с началом следующего полупериода начнется новый цикл работы регулятора.

Puc.7

Время задержки импульса, открывающего тринистор, относительно начала полупериода определяется скоростью заряда конденсатора С1, которая пропорциональна току коллектора транзистора Т1. Изменяя управляющее напряжение U_ynp, можно управлять этим током и, в конечном итоге, регулировать напряжение на нагрузке. Источником сигнала U_ynp может быть полосовой фильтр (с выпрямителем) цветомузыкальной установки, программное устройство. В системах автоматического регулирования в качестве U_упр используют напряжение обратной связи. Резистор R5 необходимо подобрать таким, чтобы при U_ynp=0 тринистор открывался в каждый полупериод в момент времени, близкий к окончанию полупериода. Для того, чтобы перейти на ручное регулирование, достаточно заменить резистор R5 последовательной цепочкой из переменного резистора и постоянного сопротивлением 10- 12 кОм. Напряжение стабилизации стабилитрона Д6 должно быть на 5-10 В больше максимального напряжения включения динистора. Транзистор Т1. может быть любым из серий МП21, МП25, МП26. Динистор можно применить типов КН102Б, Д227А, Д227Б, Д228А, Д228Б. Резистор R1 составлен из двух мощностью по 2 Вт.

Вместо динистора в регуляторе можно использовать транзистор, работающий в лавинном режиме Схема одного из таких регуляторов показана на рис. 8.