Thyristor kommuteringsmetoder i kraftelektronik

Det meste af konverter udstyr og brug af switch-strømforsyninger kraftelektronik komponenter som tyristorer, MOSFET og andre strømhalvledere til højfrekvente koblingsoperationer med høj effekt. Overvej de tyristorer, som vi bruger meget ofte som bistabile afbrydere i flere applikationer. Disse tyristorer bruger afbrydere, der er nødvendige for at tænde og slukke. For at tænde tyristorer er der nogle tyristor-tændingsmetoder, der kaldes thyristor-udløsende metoder. På samme måde findes der metoder til at slukke for thyristorer, der kaldes thyristors kommuteringsmetoder eller teknikker. Før vi diskuterer tyristorkommutationsteknikker, skal vi vide noget om tyristorens grundlæggende fx en tyristor, tyristordrift, forskellige typer tyristorer og tyristor-tændingsmetoder.

Hvad er en tyristor?

To til fire ledende halvlederindretninger, der består af fire lag af alternerende N- og P-type materialer kaldes tyristorer. Disse bruges generelt som bi-stabile afbrydere, som kun vil udføre, når tyristorens portterminal udløses. En tyristor kaldes også en siliciumstyret ensretter eller SCR.

Thyristor

Hvad er kommutering af SCR?

Pendling er intet andet end at slå OFF-metoden til en SCR. Det er en metode, der bruges til at bringe en SCR eller tyristor fra ON-tilstand til OFF-tilstand. Vi ved, at en SCR kan aktiveres ved hjælp af et gatesignal mod en SCR, når den er i videresendingsforstyrrelse. Men SCR er nødt til at slukke, når det er nødvendigt for strømstyring, ellers strømkonditionering.

Kommutationskredsløb til SCR

Når en SCR bevæger sig i tilstanden for videresendelse af ledning, mister dens portterminal sin kontrol. Til det skal der bruges noget ekstra kredsløb til at slukke for tyristor / SCR. Så dette ekstra kredsløb kaldes et kommuteringskredsløb.

Så dette udtryk bruges hovedsageligt til at overføre strømmen fra en ane til en anden. Kommutationskredsløbet reducerer hovedsageligt fremadstrømmen til nul for at slukke for tyristoren. Så følgende betingelser skal være opfyldt for at slukke for tyristoren, når den er i ledning.

• Tyristors eller SCRs fremadstrøm skal reduceres til nul, ellers under holdestrømniveauet.
• En rigelig omvendt spænding skal tilvejebringes på tværs af SCR / tyristoren for at gendanne sin fremadblokerende tilstand.

Når SCR er slukket ved at formindske fremadstrøm til nul, findes der overskydende ladebærere inden for forskellige lag. For at genoprette tyristoren fremad blokerende tilstand, bør disse overskydende ladebærere rekombineres. Så denne rekombinationsmetode kan fremskynde ved at anvende en omvendt spænding over tyristoren.

Thyristor kommuteringsmetoder

Som vi har studeret ovenfor, kan en tyristor tændes ved at udløse en portterminal med en lavspændingspuls med kort varighed. Men efter at have tændt, vil den lede kontinuerligt, indtil thyristoren er omvendt forspændt, eller belastningsstrømmen falder til nul. Denne kontinuerlige ledning af tyristorer forårsager problemer i nogle applikationer. Processen, der bruges til at slukke for en tyristor kaldes kommutation. Ved kommuteringsprocessen ændres thyristordriftstilstanden fra fremadledende tilstand til fremadblokerende tilstand. Så tyristorkommutationsmetoder eller tyristorkommuteringsteknikker bruges til at slukke.

Tyristors kommutationsteknikker er klassificeret i to typer:

• Naturlig kommutation
• Tvunget kommutation

Naturlig kommutation

Generelt, hvis vi overvejer vekselstrømforsyning, vil strømmen strømme gennem nulkrydsningslinjen, mens den går fra positiv top til negativ peak. Således vises en omvendt spænding på tværs af enheden samtidigt, som straks slukker for tyristoren. Denne proces kaldes naturlig kommutering, da thyristoren slukkes naturligt uden brug af eksterne komponenter eller kredsløb eller forsyning til kommuteringsformål.

Naturlig kommutering kan observeres i vekselstrømsregulatorer, fasestyrede ensrettere og cycloomformere.

Tvunget kommutation

Thyristoren kan slukkes ved omvendt forspænding af SCR eller ved hjælp af aktive eller passive komponenter. Thyristorstrøm kan reduceres til en værdi under værdien af ​​holdestrøm. Da tyristoren er slukket med magt, betegnes den som en tvunget kommuteringsproces. Det grundlæggende elektronik og elektriske komponenter såsom induktans og kapacitans bruges som kommuteringselementer til kommuteringsformål.

Tvunget kommutering kan observeres under anvendelse af jævnstrømsforsyning, derfor kaldes det også jævnstrømskommutering. Det eksterne kredsløb, der anvendes til tvungen kommuteringsproces, kaldes et kommuteringskredsløb, og de elementer, der anvendes i dette kredsløb, kaldes kommuteringselementer.

Klassificering af tvungne kommutationsmetoder

Her diskuteres klassificeringen af ​​tyristorkommutationsmetoder nedenfor. Dens klassifikation udføres hovedsageligt afhængigt af, om kommuteringsimpulsen er en strømimpuls af en spændingsimpuls, om den er forbundet i serie / parallel gennem SCR, der skal kommuteres, om signalet gives via en hjælpetyr eller hovedtyristor, om kommutationskredsløb oplades fra en hjælpekilde eller hovedkilde. Klassificeringen af ​​invertere kan hovedsagelig ske på baggrund af kommuteringssignalernes placering. Tvungen kommutering kan klassificeres i forskellige metoder som følger:

• Klasse A: Selvpendlet af en resonansbelastning
• Klasse B: Selvpendlet af et LC-kredsløb
• Klasse C: Cor L-C skiftet af en anden lastbærende SCR
• Klasse D: C eller L-C skiftet med en ekstra SCR
• Klasse E: En ekstern pulskilde til kommutering
• Klasse F: AC-kommutering

Klasse A: Selvkommuteret af en resonansbelastning

Klasse A er en af ​​de hyppigt anvendte tyristorkommuteringsteknikker. Hvis tyristor udløses eller tændes, strømmer anodestrømmen ved opladning kondensator C med prik som positiv. Andenordens underdæmpede kredsløb er dannet af induktor eller AC-modstand , kondensator og modstand. Hvis strømmen opbygges gennem SCR og afslutter halvcyklussen, strømmer induktorstrømmen gennem SCR i omvendt retning, som slukker for tyristoren.

Klass A Thyristor kommutationsmetode

Efter tyristorkommutationen eller slukning af tyristoren begynder kondensatoren at udledes fra sin spidsværdi gennem modstanden på en eksponentiel måde. Thyristoren vil være i omvendt forspænding, indtil kondensatorspændingen vender tilbage til forsyningsspændingsniveauet.

Klasse B: Selvkommuteret af et LC-kredsløb

Den største forskel mellem klasse A og klasse B tyristor kommutationsmetoder er, at LC er forbundet i serie med tyristor i klasse A, mens parallelt med tyristor i klasse B. Før udløsningen på SCR oplades kondensatoren (punkt indikerer positiv). Hvis SCR udløses eller får en udløsende puls, har den resulterende strøm to komponenter.

Klasse B-tyristorkommutationsmetode

Den konstante belastningsstrøm, der strømmer gennem R-belastningen, sikres ved den store reaktans, der er forbundet i serie med belastningen, som er fastspændt med en frihjulsdiode. Hvis sinusformet strøm strømmer gennem resonans-L-C-kredsløbet, oplades kondensatoren C med punktum som negativ i slutningen af ​​halvcyklussen.

Den samlede strøm, der strømmer gennem SCR, bliver nul med den modsatte strøm, der strømmer gennem SCR modsat belastningsstrømmen for en lille brøkdel af den negative svingning. Hvis resonanskredsløbets strøm eller omvendt strøm bliver lige større end belastningsstrømmen, vil SCR blive slukket.

Klasse C: C eller L-C skiftet af en anden lastbærende SCR

I de ovennævnte thyristorkommutationsmetoder observerede vi kun en SCR, men i disse klasse C-kommuteringsteknikker for thyristor vil der være to SCR'er. Den ene SCR betragtes som den vigtigste tyristor og den anden som en ekstra tyristor. I denne klassificering kan begge fungere som hoved-SCR'er, der bærer belastningsstrøm, og de kan designes med fire SCR'er med belastning på tværs af kondensatoren ved hjælp af en strømkilde til levering af en integreret konverter.

Klasse C-tyristorkommutationsmetode

Hvis tyristoren T2 udløses, oplades kondensatoren. Hvis tyristoren T1 udløses, aflades kondensatoren, og denne afladningsstrøm af C modsætter strømmen af ​​belastningsstrøm i T2, da kondensatoren skiftes over T2 via T1.

Klasse D: L-C eller C skiftet af en ekstra SCR

Klasse C- og klasse D-tyristorkommutationsmetoder kan differentieres med belastningsstrømmen i klasse D: kun en af ​​SCR'erne bærer belastningsstrømmen, mens den anden fungerer som en ekstra tyristor, mens i klasse C begge SCR'er bærer belastningsstrøm. Hjælpetyristoren består af en modstand i sin anode, der har en modstand på ca. ti gange belastningsmodstanden.

Klasse D Type

Ved at udløse Ta (hjælpetyristor) oplades kondensatoren op til forsyningsspænding, og derefter slukkes Ta. Den ekstra spænding, hvis nogen, på grund af betydelig induktans i indgangsledningerne vil blive afladet gennem diode-induktor-belastningskredsløbet.

Hvis Tm (hovedtyristor) udløses, strømmer strømmen i to stier: kommuteringsstrøm flyder gennem C-Tm-L-D-stien, og belastningsstrøm flyder gennem belastningen. Hvis opladningen på kondensatoren vendes og holdes på dette niveau ved hjælp af dioden, og hvis Ta genudløses, vises spændingen over kondensatoren over Tm via Ta. Således slukkes hovedtyristoren Tm.

Klasse E: Ekstern puls kilde til kommutering

For klasse E-tyristorkommutationsteknikker kan en transformer ikke mætte (da den har et tilstrækkeligt jern- og luftspalte) og er i stand til at bære belastningsstrømmen med et lille spændingsfald sammenlignet med forsyningsspændingen. Hvis tyristoren T udløses, strømmer strømmen gennem belastnings- og impulstransformatoren.

Klasse E Type

En ekstern pulsgenerator bruges til at generere en positiv puls, der tilføres til tyristorkatoden gennem en impulstransformator. Kondensatoren C oplades til omkring 1v, og den anses for at have nul impedans i slukningspulsvarigheden. Spændingen over tyristoren vendes af pulsen fra elektrisk transformer som leverer den omvendte gendannelsesstrøm, og i den krævede slukningstid holder den den negative spænding.

Klasse F: AC-linje kommuteret

I klasse F-tyristorkommutationsteknikker anvendes en vekselspænding til forsyning, og under den positive halve cyklus af denne forsyning vil belastningsstrømmen flyde. Hvis belastningen er meget induktiv, forbliver strømmen, indtil den energi, der er lagret i den induktive belastning, forsvinder. I løbet af den negative halvcyklus, da belastningsstrømmen bliver nul, slukkes thyristoren. Hvis der findes spænding i en periode med enhedens nominelle slukningstid, slukker den negative polaritet af spændingen over den udgående tyristor den.

Klasse F Type

Her skal varigheden af ​​halvcyklussen være større end tyristorens slukketid. Denne kommuteringsproces svarer til konceptet med en trefasekonverter. Lad os overveje, primært T1 og T11 leder med udløservinklen på omformeren, som er lig med 60 grader og fungerer i kontinuerlig ledningstilstand med en meget induktiv belastning.

Hvis tyristorerne T2 og T22 udløses, stiger straks strømmen gennem de indgående enheder ikke til belastningsstrømniveauet. Hvis strømmen gennem de indkommende tyristorer når belastningsstrømniveauet, vil kommuteringsprocessen for udgående tyristorer blive indledt. Denne omvendte forspænding af tyristoren skal fortsættes, indtil den forreste blokerende tilstand er nået.

Thyristor kommutationsmetoder mislykkedes

Thyristorkommutationsfejl opstår hovedsageligt, fordi de er kommuteret med ledning, og spændingsfald kan føre til utilstrækkelig spænding til at kommutere, så forårsager en fejl, når den følgende tyristor er fyret op. Så kommuteringsfejl opstår på grund af flere grunde, hvoraf nogle diskuteres nedenfor.
Thyristorer giver temmelig langsom omvendt genopretningstid, så den vigtigste omvendte strøm kan levere i videresendelseledning. Dette kan betyde 'fejlstrøm', som vises på en cyklisk måde ved tilhørende strømafbrydelse, der kommer til syne ved SCR-svigt.

I et elektrisk kredsløb er kommutering grundlæggende når strømmen strømmer fra en gren af ​​kredsløbet til en anden. En kommuteringsfejl opstår hovedsageligt, når ændringen i stien mislykkes på grund af en eller anden grund.
For en inverter eller et ensretterkredsløb, der bruger SCR'er, kan en kommuteringsfejl opstå på grund af to grundlæggende årsager.

Hvis en tyristor ikke tænder, skifter strømmen ikke strøm & kommuteringsmetoden kommer til kort. Tilsvarende, hvis en tyristor er kort for at slukke, kan strømmen af ​​strøm delvist pendle mod den næste gren. Så dette betragtes også som en fiasko.

Forskel mellem naturlig kommutering og tvungen kommutationsteknikker

Forskellene mellem naturlig pendling og tvungen pendling diskuteres nedenfor.

En tyristor kan simpelthen kaldes en kontrolleret ensretter. Der er forskellige typer tyristorer, der bruges til at designe kraftelektronikbaseret innovative elektriske projekter . Processen med at tænde tyristoren ved at levere triggerpulser til portterminalen kaldes triggering. Tilsvarende kaldes processen for at slukke for tyristoren kommutation. Håber, at denne artikel giver kort information om forskellige kommuteringsteknikker i tyristoren. Yderligere teknisk assistance vil blive givet baseret på dine kommentarer og spørgsmål i kommentarfeltet nedenfor.