Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Электрическая энергия в быту и на производстве » Практическая электроника » Способы и схемы управления тиристором или симистором
Количество просмотров: 223877
Комментарии к статье: 19


Способы и схемы управления тиристором или симистором


Тиристоры нашли широкое применение в полупроводниковых устройствах и преобразователях. Различные источники питания, частотные преобразователи, регуляторы, возбудительные устройства для синхронных двигателей и много других устройств строились на тиристорах, а в последнее время их вытесняют преобразователи на транзисторах. Основной задачей для тиристора является включение нагрузки в момент подачи управляющего сигнала. В этой статье мы рассмотрим, как управлять тиристорами и симисторами.

Содержание статьи

Тиристор

Определение

Тиристор (тринистор) - это полупроводниковый полууправляемый ключ. Полууправляемый - значит, что вы можете только включать тиристор, отключается он только при прерывании тока в цепи или если приложить к нему обратное напряжение.

Обозначение имристоров на схемах

Он, подобно диоду, проводит ток только в одном направлении. То есть для включения в цепь переменного тока для управления двумя полуволнами нужно два тиристора, для каждой по одному, хотя не всегда. Тиристор состоит из 4 областей полупроводника (p-n-p-n).

Другой подобный прибор называется симистор - двунаправленный тиристор. Его основным отличием является то, что ток он может проводить в обе стороны. Фактически он представляет собой два тиристора соединённых параллельно навстречу друг другу.

Схема

Основные характеристики

Как и любых других электронных компонентов у тиристоров есть ряд характеристик:

  • Падение напряжения при максимальном токе анода (VT или Uос).

  • Прямое напряжение в закрытом состоянии (VD(RM) или Uзс).

  • Обратное напряжение (VR(PM) или Uобр).

  • Прямой ток (IT или Iпр) – это максимальный ток в открытом состоянии.

  • Максимально допустимый прямой ток (ITSM) — это максимальный пиковый ток в открытом состоянии.

  • Обратный ток (IR) — ток при определенном обратном напряжении.

  • Постоянный ток в закрытом состоянии при определенном прямом напряжении (ID или Iзс).

  • Постоянное отпирающее напряжение управления (VGT или UУ).

  • Ток управления (IGT).

  • Максимальный ток управления электрода IGM.

  • Максимально допустимая рассеиваемая мощность на управляющем электроде (PG или Pу)

Принцип работы

Когда на тиристор подают напряжение он не проводит ток. Есть два способа включит его – подать напряжение между анодом и катодом достаточное для открытия, тогда его работа ничем не будет отличаться от динистора.

Принцип работы тиристора

Другой способ – это подать кратковременный импульс на управляющий электрод. Ток открытия тиристора лежит в пределах 70-160 мА, хотя на практике эта величина, как и напряжение которое нужно приложить к тиристору зависит от конкретной модели и экземпляра полупроводникового прибора и даже от условий, в которых он работает, таких, например, как температура окружающей среды.

Схема управления тиристором

Кроме управляющего тока, есть такой параметр как ток удержания - это минимальный ток анода для удержания тиристора в открытом состоянии.

После открытия тиристора управляющий сигнал можно отключать, тиристор будет открыт до тех пор, пока через него протекает прямой ток и подано напряжение. То есть в цепи переменного тиристор будет открыт в течении той полуволны напряжение которой смещает тиристор в прямом направлении. Когда напряжение устремится к нулю, снизится и ток. Когда ток в цепи упадет ниже величины тока удержания тиристора - он закроется (выключится).

Открытие и закрытие тристора

Полярность управляющего напряжения должна совпадать с полярностью напряжения между анодом и катодом, что вы наблюдаете на осциллограммах выше.

Управление симистором аналогично хоть и имеет некоторые особенности. Для управления симистором в цепи переменного тока нужно два импульса управляющего напряжения - на каждую полуволну синусоиды соответственно.

После подачи управляющего импульса в первой полуволне (условно положительной) синусоидального напряжения ток через симистор будет протекать до начала второй полуволны, после чего он закроется, как и обычный тиристор. После этого нужно подать еще один управляющий импульс для открытия симистора на отрицательной полуволне. Это наглядно проиллюстрировано на следующих осциллограммах.

Полярность управляющего напряжения должна соответствовать полярности приложенного напряжения между анодом и катодом. Из-за этого возникают проблемы при управлении симисторами с помощью цифровых логических схем или от выходов микроконтроллера. Но это легко решается путем установки симисторного драйвера, о чем мы поговорим позже.

Тиристорный регулятор мощности

Распространенные схемы управления тиристорами или симисторами

Самой распространенной схемой является симисторный или тиристорный регулятор.

Схема тиристорного регулятора мощности

Здесь тиристор открывается после того как на конденсаторе будет достаточная величина для его открытия. Момент открытия регулируется с помощью потенциометра или переменного резистора. Чем больше его сопротивление - тем медленнее заряжается конденсатор. Резистор R2 ограничивает ток через управляющий электрод.

Эта схема регулирует оба полупериода, то есть вы получаете полную регулировку мощности почти от 0% и почти до 100%. Это удалось достичь, установив регулятор в диодном мосте, таким образом регулируется одна из полуволн.

Упрощенная схема изображена ниже, здесь регулируется лишь половина периода, вторая полуволна проходит без изменения через диод VD1. Принцип работы аналогичен.

Схема простейшего тиристорного регулятора мощности

Симисторный регулятор без диодного моста позволяет управлять двумя полуволнами.

Симисторный регулятор

Полезная электроника своими руками, электронные самоделки в Telegram: Практическая электроника на каждый день

По принципу действия почти аналогична предыдущим, но построена на симисторе с её помощью регулируются уже обе полуволны. Отличия заключаются в том, что здесь импульс управления подаётся с помощью двунаправленного динистора DB3, после того как конденсатор зарядится до нужного напряжения, обычно это 28-36 Вольт. Скорость зарядки также регулируется переменным резистором или потенциометром. Такая схема реализована в большинстве бытовых диммеров.

Диммер

Интересно:

Такие схемы регулировки напряжения называется СИФУ - система импульсного фазового управления.

Управление симистором с помощью микроконтроллера

На рисунке выше изображен вариант управления симистором с помощью микроконтроллера, на примере популярной платформы Arduino. Симисторный драйвер состоит из оптосимистора и светодиода. Так как в выходной цепи драйвера установлен оптосимистор на управляющий электрод всегда подаётся напряжение нужной полярности, но здесь есть некоторые нюансы.

Дело в том, что для регулировки напряжения с помощью симистора или тиристора нужно подавать управляющий сигнал в определенный момент времени, так чтобы срез фазы происходил до нужной величины. Если наугад стрелять управляющими импульсами - схема работать конечно будет, но регулировок добиться не выйдет, поэтому нужно определять момент перехода полуволны через ноль.

Так как для нас не имеет значения полярность полуволны в настоящий момент времени - достаточно просто отслеживать момент перехода через ноль. Такой узел в схеме называют детектор нуля или нуль-детектор, а в англоязычных источниках "zero crossing detector circuit" или ZCD. Вариант такой схемы с детектором перехода через ноль на транзисторной оптопаре выглядит следующим образом:

Схема с детектором перехода через ноль на транзисторной оптопаре

Оптодрайверов для управления симисторами есть множество, типовые – это линейка MOC304x, MOC305x, MOC306X, произведенные компанией Motorola и другими. Более того – эти драйверы обеспечивают гальваническую развязку, что убережет ваш микроконтроллер в случае пробоя полупроводникового ключа, что вполне возможно и вероятно. Также это повысит безопасность работы с цепями управления, полностью разделив цепь на «силовую» и «оперативную».

Заключение

Мы рассказали базовые сведения о тиристорах и симисторах, а также управлении ими в цепях с «переменкой». Стоит отметить, что мы не затрагивали тему запираемых тиристоров, если вас интересует этот вопрос – пишите комментарии и мы рассмотрим их подробнее. Также не были рассмотрены нюансы использования и управления тиристорами в силовых индуктивных цепях. Для управления «постоянкой» лучше использовать транзисторы, поскольку в этом случае вы решаете, когда ключ откроется, а когда он закроется, повинуясь управляющему сигналу…

Алексей Бартош

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Практическая электроника

Подписывайтесь на канал в Telegram про электронику для профессионалов и любителей: Практическая электроника на каждый день



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Управление симистором: управление мощной нагрузкой на переменном токе
  • Как можно легко управлять мощной нагрузкой переменного тока
  • Как с помощью Ардуино безопасно управлять нагрузкой на напряжении 220 вольт
  • Как определить неисправность тиристоров
  • Как проверить симистор
  • Тиристорные регуляторы мощности. Схемы с двумя тиристорами
  • Симисторы: от простого к сложному
  • Как проверить диод и тиристор. 3 простых способа
  • Самодельные светорегуляторы. Часть третья. Как управлять тиристором?
  • Почему в современных инверторах используют транзисторы, а не тиристоры
  • Категория: Электрическая энергия в быту и на производстве » Практическая электроника

    Силовая электроника, Аналоговая электроника, Тиристоры, Диммеры

      Комментарии:

    #1 написал: Иван |

    Полезная статья, спасибо!

      Комментарии:

    #2 написал: Руслан |

    Грамотно написано, доходчиво. Респект!

      Комментарии:

    #3 написал: Владимир |

    Прекрасная и очнь полезная и доходчивая статья.

      Комментарии:

    #4 написал: Кошатик |

    Статьи весьма информативны, хотелось бы узнать, какие существуют нюансы использования и управления тиристорами в силовых индуктивных цепях.

      Комментарии:

    #5 написал: Владимир |

    Есть ворос! Если датчик управления тиристором вырабатывает двуполярный импульс, то есть ли смысл отсекать диодом отрицательную полуволну? Или управляющему электроду тиристора обратное напряжение пофиг?

      Комментарии:

    #6 написал: Nail |

    Спасибо! Толково и по делу написано.

      Комментарии:

    #7 написал: Вячеслав |

    "...Резистор R2 ограничивает ток через управляющий электрод...". А что делает R3?

      Комментарии:

    #8 написал: Олег |

    Хорошая статья. Можно я дополню ее материалом из своей дипломной работы? Может кому-нибудь будет полезным.

    Тиристоры, как и большинство электронных компонентов, можно подключать двумя способами: параллельно и последовательно. Первый метод используется в цепях, где протекающие токи имеют такую высокую интенсивность, что невозможно загрузить ими один тиристор. В конструкциях с параллельными тиристорами должен быть обеспечен одновременный момент включения каждого из тиристоров, а также равномерное распределение токов по отдельным ветвям цепи. Используется система быстрого запуска, которая в один момент обеспечивает каждый из тиристоров соответствующим образом сформированными импульсами, длительность которых больше средней, что гарантирует уверенность переключения на каждой копии. Чтобы избежать асимметричной токовой нагрузки некоторых ветвей, следует выбирать соответствующим образом выбранные тиристоры для параллельной работы, возможно, с идентичными вольт-амперными характеристиками в состоянии проводимости.

    Последовательное соединение используется в цепях, где требуются высокие рабочие напряжения, которых невозможно достичь с помощью одного тиристора. Требуется: одновременное выключение и включение каждого из тиристоров, присутствующих в ветви, во избежание несимметричного деления напряжения на отдельных блоках и всевозможных перенапряжений. Используются системы быстрого запуска, которые в один момент подают на затвор каждого тиристора правильно сформированные импульсы. Поскольку очень сложно подобрать тиристоры с одинаковым временем включения и выключения, используются дополнительные шунтирующие конденсаторы, которые предотвращают накопление всего напряжения ветви на одном тиристоре. Это происходит на тиристоре с самой медленной реакцией в случае включения и на тиристоре с самой быстрой реакцией в случае выключения. Обычно небольшое сопротивление подключается последовательно с шунтирующим конденсатором, который используется для гашения колебаний. Несмотря на то, что тиристоры в одной ветви имеют практически одинаковое номинальное напряжение, существуют различия в токах блокировки и блокировки, что приводит к несимметричности распределения напряжения на отдельных тиристорах.

      Комментарии:

    #9 написал: Дмитрий Коновалов |

    Тиристор - это полупроводник, используемый в качестве переключателя. Он может выдерживать большие значения напряжения, а также тока, в отличие от других полупроводников, которые могут выдерживать низкие значения. Тиристор эквивалентен механическому переключателю. Следовательно, он может пропускать или блокировать прохождение электрического тока. Когда он получает кратковременный импульс на свой управляющий вывод (электрический импульс), тиристор включается, а когда источник напряжения прерывается, то есть размыкает электрическую цепь, это когда он выключен. Необходимо учитывать, что каждый тип тиристора имеет максимальную мощность , поэтому он должен работать в этих диапазонах, чтобы не повредить цепи, которые его содержат.

      Комментарии:

    #10 написал: Денис |

    Спасибо за то, что поделились таким замечательным контентом, который очень полезен.

      Комментарии:

    #11 написал: Отец Василий |

    Спасибо за информацию Полезно. Литературы - Нет, наставника- Нет, спасибо, что вы есть!

      Комментарии:

    #12 написал: Роберт |

    Еще существуют специальные диодно-тиристорные модули, которые состоят из последовательно соединенных диода и тиристора, а в тиристорных модулях оба являются тиристорами. В обоих случаях изделия характеризуются максимальным постоянным током примерно до 500А.

      Комментарии:

    #13 написал: Павел |

    #7 написал: Вячеслав |

    "...Резистор R2 ограничивает ток через управляющий электрод...". А что делает R3?

    Очевидно же, что в паре R2\R3 он является вторым плечом делителя напряжения, снимаемого с конденсатора С1. Это общая проблемка недопонимания схем, нарисованных в угоду удобства расположения элементов для писателя
    , а не читателя (в попытке компактно уместить всё в один квадратик). Когда затрудняетесь в чтении принципа работы схемы - можете перерисовать её  на безразмерном листке "лесенкой", где каждая последующая ступенька рисуется на уровне сложившихся напряжений от предыдущих этажей. Например на самой первой схеме к самому большему напряжению  220В подключено три нагрузки (последовательно). Сначала паяльник (по сути это просто сопротивление), потом мост (точнее половинка моста) и после него тиристор. Так эта схема заканчивается и от тиристора начинается следующая лесенка. Напряжение с тиристора проходит через R1 (которое может регулироваться) и прикладывается к конденсатору С1. И вот уже от полученного напряжения на конденсаторе  получается ступенька из R2\R3 от серединки которых поделенное напряжение прикладывается к управляющему электроду тиристора. Кроме деления напряжения все предыдущие ступени также являются цепями, по которым идёт ток для всех последующих, потому через R2 идёт ток к R3 и упр. электроду (параллельно). Но так как С1 накапливает энергию, то в момент открытия тиристора падение напряжения на нём (и на всей последующей цепи) снижается до падения напряжения на п-н переходе открытого (а это около вольта). Так что оставшееся время накопленная энергия на конденсаторе успевает продлить импульс открытия для управляющего электрода, тем самым уверенно его открывая. А в последствии полностью разряжается конденсатор через цепочку R2\R3 и управляющий электрод, ожидая следующую полуволну. Ну это как я вижу схему (больше диванный теоретик :)

      Комментарии:

    #14 написал: Михаил |

    Когда рисуете аналог симистора двумя тиристорами, нужно это делать правильно и не вводить неогрепшие умы в заблуждение!!
    Второй тиристор в этом случае рисуют с управляющим анодом, но не как чтобы два тиристора управляющие по катоду, в таком случае он как симистор будет постоянно открыт!!!

      Комментарии:

    #15 написал: Олег |

    Тиристор и симистор являются полупроводниковыми устройствами, которые могут использоваться для управления электроэнергией в схемах управления электроприборами. Вот несколько способов управления тиристором или симистором:

    Управление по сигналу в нулевом пересечении сети. Этот способ является наиболее распространенным. Он основан на том, что при включении тиристора или симистора в цепь, ток начинает протекать только после того, как напряжение на сети пересечет ноль. В этот момент схема управления генерирует короткий импульс, который используется для включения устройства. Таким образом, тиристор или симистор работают только в определенных моментах времени, что позволяет контролировать мощность, передаваемую через них.

    Управление по сигналу в середине полупериода. В этом случае устройство включается в середине полупериода, что позволяет получить большую мощность, чем при использовании управления в нулевом пересечении сети. Этот способ обычно используется в приложениях, где требуется большая мощность, например, в управлении током двигателя.

    Управление по фазовому углу. Этот способ управления позволяет получить максимальную мощность, передаваемую через тиристор или симистор. В этом случае устройство включается в определенный момент времени в зависимости от фазового угла напряжения на сети. Этот метод наиболее сложный и требует точной синхронизации управляющего сигнала с сетью.

    Импульсное управление. Этот метод используется для быстрой и точной регулировки мощности, передаваемой через тиристор или симистор. Схема управления генерирует короткие импульсы, которые используются для управления устройством. Ширина импульсов определяет мощность, передаваемую через тиристор или симистор.

    Какой способ управления использовать зависит от конкретного приложения и требуемых параметров.

      Комментарии:

    #16 написал: Николай |

    Управление тиристорами и симисторами осуществляется с помощью управляющего тока, подаваемого на их управляющие электроды. Когда управляющий ток подан, тиристор или симистор становятся проводниками и позволяют основному току протекать через них. При разрыве управляющего тока тиристор или симистор переходят в непроводящее состояние. Для тиристоров управление происходит в одном направлении тока, а симисторы позволяют управлять током в обоих направлениях переменного тока. Важно учитывать правильную схемотехнику, защиту от перенапряжений и перегрузок, чтобы обеспечить стабильное и безопасное управление тиристорами и симисторами. Они широко применяются для управления мощными нагрузками, регулирования освещения, электроприводов и других приложений в силовой электронике.

      Комментарии:

    #17 написал: Сергей |

    Способы управления тиристором или симистором включают в себя изменение напряжения на его управляющем электроде, что позволяет контролировать его включение. Другим методом является управление по силе тока, где тиристор включается при достижении определенного тока в цепи. Кроме того, существует метод управления по фазе, который позволяет регулировать момент включения тиристора в зависимости от угла фазы входного напряжения. 

      Комментарии:

    #18 написал: Леонид Дробышев |

    Для управления тиристорами и симисторами необходимо подать импульс тока на управляющий электрод. Этот импульс должен быть достаточно коротким и мощным, чтобы открыть прибор и пропустить ток через него. После того, как прибор открыт, он остается в проводящем состоянии до тех пор, пока напряжение на аноде не станет ниже определенного уровня. Важно учитывать, что тиристоры и симисторы имеют ограничение по максимальному току и напряжению, поэтому необходимо выбирать прибор с соответствующими параметрами для конкретной задачи. Также необходимо обеспечить правильное охлаждение приборов, чтобы избежать перегрева и выхода из строя. 

      Комментарии:

    #19 написал: Павел |

    Способы и схемы управления тиристором или симистором включают различные методы. Один из подходов заключается в использовании схемы управления, которая приводит в действие тиристор или симистор с помощью импульса тока затвора после пересечения нуля напряжения. Другой способ включает использование емкостных элементов и диодов в последовательном соединении для управления тиристором или симистором. Кроме того, способ управления тиристорным реактором включает регулировку работы различных групп симисторов на основе желаемого значения тока. Другая схема управления тиристором или симистором включает емкостные элементы и диоды, последовательно соединенные между разными клеммами. Кроме того, систему управления светодиодами можно также использовать для управления тиристором или симистором путем регулирования тока и формирования управляющего сигнала на основе пороговых значений напряжения. 

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.