Тиристор как элемент автоматики, его работа на постоянном и переменном токе.
Тиристорявляется управляемым полупроводниковым прибором, который предназначен для бесконтактной коммутации электрических цепей. Принцип действия тиристора основан на физических явлениях в кристалле полупроводника (кремния), состоящем из слоёв с разными типами проводимости. Конструктивно тиристор состоит из четырёхслойного кристалла кремния, помещённого в герметизированный металлический корпус. Внешние выводы от крайних слоёв кристалла служат анодом и катодом, а вывод от среднего слоя является управляющим электродом.
Рис.12. Вольтамперная характеристика тиристора, релейный элемент на тиристоре.
Графическое изображение тиристора.
Условное обозначение тиристора дано на рис.12,а. Там же приведена его вольт-амперная характеристика. Тиристор может находиться только в двух крайних состояниях проводимости. Либо он полностью проводит, т.е. при любом токе падение напряжения на тиристоре не превышает 1-1,5 В, либо тиристор заперт, тогда при любом напряжении ток через тиристор очень мал. Переход в эти состояния обеспечивается соответствующими токами управления.
Ток управления подается на управляющий электрод. При отсутствии сигнала управления (Iу=0) и Uмакс < Uт:макс тиристор имеет большое (но конечное) сопротивление и через нагрузку протекает небольшой ток (ветвь 1 на рис. 12,а). Если Uмакс > Uт:макс, то тиристор открывается и через нагрузку течет ток, определяемый её сопротивлением. При номинальном токе управления Iу.н переход на ветвь 2 происходит по пунктирной кривой. Таким образом, при отсутствии тока управления Iу=0 тиристор ведет себя как очень большое сопротивление, при наличии номинального тока управления – как очень малое сопротивление. После прохождения переменного тока через нуль тиристор восстанавливает свои вентильные свойства, цепь тока обрывается.
Если к тиристору приложить обратное напряжение, то он останется в запертом состоянии до тех пор, пока приложенное напряжение не превысит напряжения пробоя Uпр=Uобр. макс.
Эти свойства тиристора могут быть использованы для построения схем автоматического управления, создания усилителей, релейных элементов и для бездуговой коммутации электрических цепей.
Для регулирования тока в оба полупериода применяется схема включения рис. 12,б. В настоящее время создан полупроводниковый управляемый вентиль на оба направления — симметричный тиристор или симистор, обладающий свойствами схемы рис. 12,б. Условное обозначение симистора дано на рис. 12, в. Большим недостатком тиристора является гальваническая связь между входной цепью и управляемой цепью. В настоящее время созданы тиристоры с оптической системой управления (оптроны). Управляющий сигнал воздействует на светодиод. Световой поток этого диода воздействует на фототиристор, который открывается под действием светового потока.
Достоинства тиристоров: малые габариты, простота конструкции, отсутствие подвижных частей, неограниченное число допустимых включений, длительный срок эксплуатации без обслуживания и ремонта, отсутствие шума и вибрации при включениях и отключениях.
Тиристор как релейный элемент.
Простейший релейный элемент, использующий тиристор, показан на рис. 12, г. Источник питания переменного тока. Цепь управления питается от того же источника. Напряжение питания выбирается так, что Uмакс < U т.макс. При разомкнутом ключе K1 ток Iу=0, тиристор закрыт и ток в нагрузке Rн равен нулю. После замыкания K1 при положительной полуволне напряжения тиристор открывается и через нагрузку протекает ток, пока полярность напряжения не станет отрицательной. В следующий положительный полупериод через нагрузку снова протекает ток. После размыкания ключа К1 в положительный полупериод напряжения ток продолжает протекать через нагрузку до своего нулевого значения. После прохода тока через нуль цепь разрывается.
Резистор R1 ограничивает ток Iу, а вентиль Д1 защищает управляющий переход тиристора от обратного напряжения. Следует отметить, что принципиально схема может работать и на постоянном токе, но для закрытия тиристора после снятия управляющего сигнала необходимо применение специальных схем, которые отключаемый постоянный ток превращают в переменный, после чего цепь разрывается тиристором.
Ключ K1 может быть бесконтактным (транзистор, магнитный усилитель).
На рис. 13 представлена схема управления обмоткой Л мощного контактора. Элемент Т-402 имеет мощность 3 Вт, недостаточную для управления таким контактором. При подаче напряжения на вход 3 или 5 транзистор открывается. Точка 9 соединяется с нулевой шиной. Потенциал управляющего электрода становится положительным. Тиристор открывается, и через него получает питание обмотка Л. Резистор R ограничивает ток управляющего электрода. Коэффициент усиления тиристора по току достигает 104, а по мощности 105.
Рис.13. Схема тиристорного усилителя.
Тиристор как регулирующий элемент.
Если использовать для управления тиристором МУС или БМУ, то, изменяя ток управления усилителя, мы можем изменять угол насыщения магнитопровода и момент появления напряжения на нагрузке, которое открывает тиристор. Таким образом, система МУС — тиристор позволяет осуществить широтно-импульсное регулирование тока в нагрузке.
На рис. 14 представлена тиристорная схема управления двигателем постоянного тока. Тиристор в этой схеме является управляемым выпрямителем. Управление тиристором производится напряжением, создаваемым на резисторе Rн током нагрузки МУС. Магнитодвижущая сила обмотки смещения wсм выбирается такой, чтобы при токе управления МУС, равном нулю, ток нагрузки через резистор Rн был минимальным. Диод Д2 служит для того, чтобы тиристор Т не открывался током холостого хода МУС (напряжение холостого хода на резисторе Rн меньше порогового напряжения диода Д2). При подаче тока управления в МУС напряжение, создаваемое на резисторе Rн, открывает тиристор, через двигатель протекает ток iа. Из-за наличия индуктивности цепи якоря тиристор закрывается не в нуле напряжения, а в момент t2, когда ток становится равным нулю. Регулируя ток управления МУС, можно менять угол открытия тиристора а и средний ток, протекающий через якорь.
Рис.14. Тиристорная схема управления двигателем постоянного тока.
Дата добавления: 2016-07-05; просмотров: 3030;