طرق استبدال الثايرستور في إلكترونيات الطاقة

أكثر من معدات المحول واستخدام إمدادات الطاقة في وضع التبديل إلكترونيات الطاقة مكونات مثل الثايرستور ، و MOSFET ، وأجهزة أشباه موصلات الطاقة الأخرى لعمليات التحويل عالية التردد في تصنيفات عالية الطاقة. ضع في اعتبارك الثايرستور الذي نستخدمه كثيرًا كمفاتيح ثنائية الاستقرار في العديد من التطبيقات. تستخدم هذه الثايرستور المفاتيح اللازمة لتشغيلها وإيقافها. لتشغيل الثايرستور ، هناك بعض طرق تشغيل الثايرستور تسمى طرق إطلاق الثايرستور. وبالمثل ، لإيقاف تشغيل الثايرستور ، هناك طرق تسمى طرق أو تقنيات تبديل الثايرستور. قبل مناقشة تقنيات استبدال الثايرستور ، يجب أن نعرف شيئًا عن أساسيات الثايرستور مثل الثايرستور ، وعملية الثايرستور ، وأنواع مختلفة من الثايرستور ، وطرق تشغيل الثايرستور.

ما هو الثايرستور؟

يُطلق على اثنين إلى أربعة أجهزة من أشباه الموصلات تتكون من أربع طبقات من المواد المتناوبة من النوع N و P ، الثايرستور. تُستخدم هذه المفاتيح عمومًا كمفاتيح ثنائية الاستقرار والتي ستعمل فقط عند تشغيل طرف بوابة الثايرستور. يسمى الثايرستور أيضًا مقوم السيليكون المتحكم فيه أو SCR.

الثايرستور

ما هو تخفيف SCR؟

التخفيف ليس سوى طريقة إيقاف التشغيل لـ SCR. إنها إحدى الطرق المستخدمة لإحضار SCR أو الثايرستور من حالة ON إلى حالة OFF. نحن نعلم أنه يمكن تنشيط SCR باستخدام إشارة بوابة باتجاه SCR عندما يكون في تحيز إعادة التوجيه. لكن SCR يحتاج إلى إيقاف التشغيل عند الحاجة للتحكم في الطاقة أو تكييف الطاقة.

دائرة التبديل لـ SCR

عندما يتحرك SCR في وضع التوصيل التوجيهي ، يفقد طرف البوابة التحكم فيه. لذلك ، يجب استخدام بعض الدوائر الإضافية لإيقاف تشغيل الثايرستور / SCR. لذلك ، تسمى هذه الدائرة الإضافية بدائرة التبديل.

لذلك يستخدم هذا المصطلح بشكل أساسي لنقل التيار من آن إلى آخر. تعمل دائرة التبديل بشكل أساسي على تقليل التيار الأمامي إلى الصفر لإيقاف تشغيل الثايرستور. لذلك ، يجب استيفاء الشروط التالية لإيقاف تشغيل الثايرستور بمجرد إجرائه.

• يجب تقليل التيار الأمامي للثايرستور أو SCR إلى الصفر بخلاف ذلك تحت مستوى التثبيت الحالي.
• يجب توفير جهد عكسي وافٍ عبر SCR / الثايرستور لاستعادة حالة الحجب الأمامي.

بمجرد إيقاف تشغيل SCR عن طريق خفض التيار الأمامي إلى الصفر ، توجد ناقلات شحن فائضة داخل طبقات مختلفة. لاستعادة حالة الحجب الأمامي للثايرستور ، يجب إعادة تجميع حاملات الشحنة الزائدة هذه. لذلك ، يمكن تسريع طريقة إعادة التركيب هذه عن طريق تطبيق جهد عكسي عبر الثايرستور.

طرق استبدال الثايرستور

كما درسنا أعلاه ، يمكن تشغيل الثايرستور عن طريق تشغيل محطة بوابة ذات نبضة منخفضة الجهد قصيرة المدة. ولكن بعد التشغيل ، سيستمر حتى يصبح الثايرستور متحيزًا عكسيًا أو ينخفض ​​تيار الحمل إلى الصفر. يسبب هذا التوصيل المستمر للثايرستور مشاكل في بعض التطبيقات. تسمى العملية المستخدمة لإيقاف تشغيل الثايرستور التخفيف. من خلال عملية التبديل ، يتم تغيير وضع تشغيل الثايرستور من وضع التوصيل الأمامي إلى وضع الحجب الأمامي. لذلك ، يتم استخدام طرق تبديل الثايرستور أو تقنيات تبديل الثايرستور لإيقاف التشغيل.

يتم تصنيف تقنيات استبدال الثايرستور إلى نوعين:

• التخفيف الطبيعي
• تخفيف قسري

التخفيف الطبيعي

بشكل عام ، إذا أخذنا في الاعتبار عرض التيار المتردد ، فسوف يتدفق التيار عبر خط العبور الصفري أثناء الانتقال من القمة الموجبة إلى القمة السلبية. وبالتالي ، سيظهر جهد عكسي عبر الجهاز في وقت واحد ، مما يؤدي إلى إيقاف تشغيل الثايرستور على الفور. تسمى هذه العملية بالتبديل الطبيعي حيث يتم إيقاف تشغيل الثايرستور بشكل طبيعي دون استخدام أي مكونات خارجية أو دائرة أو إمداد لأغراض التبديل.

يمكن ملاحظة التبديل الطبيعي في أجهزة التحكم في جهد التيار المتردد ، والمعدلات التي يتم التحكم فيها بالطور ، ومحولات السيكلو.

تخفيف قسري

يمكن إيقاف تشغيل الثايرستور بالتحيز العكسي لـ SCR أو باستخدام مكونات نشطة أو سلبية. يمكن تخفيض تيار الثايرستور إلى قيمة أقل من قيمة التيار المستمر. نظرًا لإيقاف تشغيل الثايرستور بالقوة ، يُطلق عليه عملية استبدال قسري. ال الإلكترونيات الأساسية والمكونات الكهربائية مثل المحاثة والسعة كعناصر تبديل لأغراض الاستبدال.

يمكن ملاحظة الاستبدال القسري أثناء استخدام مصدر التيار المستمر ومن ثم يطلق عليه أيضًا استبدال DC. تسمى الدائرة الخارجية المستخدمة في عملية التبديل القسري بدائرة التبديل وتسمى العناصر المستخدمة في هذه الدائرة عناصر التبديل.

تصنيف طرق التخفيف القسري

هنا ، تمت مناقشة تصنيف طرق استبدال الثايرستور أدناه. يتم تصنيفها بشكل أساسي اعتمادًا على ما إذا كانت نبضة التبديل هي نبضة حالية لنبضة جهد ، سواء كانت متصلة في سلسلة / موازية من خلال SCR ليتم تبديلها ، سواء تم إعطاء الإشارة من خلال ثايرستور مساعد أو رئيسي ، سواء كان يتم شحن دائرة التبديل من مصدر مساعد أو رئيسي. يمكن تصنيف المحولات بشكل أساسي بناءً على موقع إشارات التبديل. يمكن تصنيف التبديل القسري إلى طرق مختلفة على النحو التالي:

• الفئة أ: تبدل ذاتيًا بحمل رنان
• الفئة ب: تبديل ذاتي بواسطة دائرة LC
• الفئة C: تم تبديل Cor L-C بواسطة SCR آخر يحمل الحمولة
• يتم تبديل الفئة D: C أو L-C بواسطة SCR مساعد
• الفئة E: مصدر نبض خارجي للتبديل
• الفئة F: تبديل خط التيار المتردد

الفئة أ: تخفيف ذاتي عن طريق حمل رنين

الفئة A هي إحدى تقنيات استبدال الثايرستور المستخدمة بكثرة. إذا تم تشغيل الثايرستور أو تشغيله ، فسوف يتدفق تيار الأنود عن طريق الشحن مكثف ج بنقطة إيجابية. يتم تشكيل الدائرة المبللة من الدرجة الثانية بواسطة محث أو المقاوم AC ومكثف ومقاوم. إذا تراكم التيار من خلال SCR وأكمل نصف الدورة ، فسوف يتدفق تيار المحرِّض عبر SCR في الاتجاه العكسي مما يؤدي إلى إيقاف تشغيل الثايرستور.

طريقة استبدال الثايرستور من الدرجة الأولى

بعد استبدال الثايرستور أو إيقاف تشغيل الثايرستور ، سيبدأ المكثف في التفريغ من ذروة قيمته من خلال المقاوم بطريقة أسية. سيكون الثايرستور في حالة انحياز عكسي حتى يعود جهد المكثف إلى مستوى جهد الإمداد.

الفئة ب: تخفيف ذاتي بواسطة دائرة LC

يتمثل الاختلاف الرئيسي بين طرق استبدال الثايرستور من الفئة A والفئة B في أن LC متصل في سلسلة مع الثايرستور في الفئة A ، بينما بالتوازي مع الثايرستور في الفئة B. قبل التشغيل على SCR ، يتم شحن المكثف لأعلى (تشير النقطة إلى إيجابي). إذا تم تشغيل SCR أو إعطاء نبضة إطلاق ، فإن التيار الناتج يتكون من مكونين.

طريقة استبدال الثايرستور من الفئة ب

يتم ضمان تيار الحمل الثابت الذي يتدفق عبر حمولة R-L من خلال التفاعل الكبير المتصل في سلسلة بالحمل الذي يتم تثبيته بواسطة الصمام الثنائي الحر. إذا كان التيار الجيبي يتدفق عبر دائرة الرنين LC ، فسيتم شحن المكثف C بالنقطة كنقطة سالبة في نهاية نصف الدورة.

يصبح إجمالي التيار المتدفق عبر SCR صفراً مع تدفق التيار العكسي عبر SCR مقابل تيار الحمل لجزء صغير من التأرجح السالب. إذا أصبح تيار الدائرة الطنين أو التيار العكسي أكبر من تيار الحمل ، فسيتم إيقاف تشغيل SCR.

الفئة C: C أو L-C مبدلة بواسطة SCR تحمل حمولة أخرى

في طرق استبدال الثايرستور المذكورة أعلاه ، لاحظنا SCR واحدًا فقط ولكن في تقنيات استبدال الفئة C للثايرستور ، سيكون هناك نوعان من SCR. يعتبر أحد SCR بمثابة الثايرستور الرئيسي والآخر بمثابة ثايرستور مساعد. في هذا التصنيف ، قد يكون كلاهما بمثابة SCR رئيسي يحمل تيار الحمل ويمكن تصميمهما بأربعة SCRs مع تحميل عبر المكثف باستخدام مصدر حالي لتزويد محول متكامل.

طريقة استبدال الثايرستور من الفئة C

إذا تم تشغيل الثايرستور T2 ، فسيتم شحن المكثف. إذا تم تشغيل الثايرستور T1 ، فسيتم تفريغ المكثف وسيعارض تيار التفريغ C هذا تدفق تيار الحمل في T2 حيث يتم تبديل المكثف عبر T2 عبر T1.

الفئة D: L-C أو C محولة بواسطة SCR مساعد

يمكن التمييز بين طرق تبديل الثايرستور من الفئة C والفئة D مع تيار الحمل في الفئة D: واحد فقط من SCR سوف يحمل تيار الحمل بينما يعمل الآخر كثايرستور إضافي بينما في الفئة C كلاهما سيحمل الحمل الحالي. يتكون الثايرستور الإضافي من المقاوم في الأنود الخاص به والذي يتمتع بمقاومة تقارب عشرة أضعاف مقاومة الحمل.

نوع الفئة د

من خلال تشغيل Ta (الثايرستور الإضافي) ، يتم شحن المكثف لإمداد الجهد ثم يتم إيقاف تشغيل Ta. سيتم تفريغ الجهد الإضافي ، إن وجد ، بسبب المحاثة الكبيرة في خطوط الإدخال من خلال دائرة تحميل محث الصمام الثنائي.

إذا تم تشغيل Tm (الثايرستور الرئيسي) ، فسوف يتدفق التيار في مسارين: سوف يتدفق تيار التبديل عبر مسار C-Tm-L-D ، وسوف يتدفق تيار الحمل عبر الحمل. إذا تم عكس الشحنة الموجودة على المكثف وتم الاحتفاظ بها عند هذا المستوى باستخدام الصمام الثنائي وإذا تم إعادة تشغيل Ta ، فسيظهر الجهد عبر المكثف عبر Tm عبر Ta. وبالتالي ، سيتم إيقاف تشغيل الثايرستور الرئيسي.

الفئة E: مصدر نبض خارجي للتخفيف

بالنسبة لتقنيات استبدال الثايرستور من الفئة E ، لا يمكن للمحول أن يشبع (لأنه يحتوي على فجوة كافية من الحديد والهواء) وقادر على حمل تيار الحمل مع انخفاض الجهد المنخفض مقارنة بجهد الإمداد. إذا تم تشغيل الثايرستور T ، فإن التيار سوف يتدفق عبر محول الحمل والنبض.

نوع الفئة E

يتم استخدام مولد نبض خارجي لتوليد نبضة موجبة يتم توفيرها إلى كاثود الثايرستور من خلال محول نبضي. يتم شحن المكثف C إلى حوالي 1 فولت ، ويعتبر أن لديه مقاومة صفرية لمدة نبضة إيقاف التشغيل. يتم عكس الجهد عبر الثايرستور بواسطة النبض من محول كهربائي الذي يوفر تيار الاسترداد العكسي ، ولوقت الإيقاف المطلوب ، فإنه يحمل الجهد السالب.

الفئة F: تبديل خط التيار المتردد

في تقنيات استبدال الثايرستور من الفئة F ، يتم استخدام جهد متناوب للإمداد ، وخلال الدورة النصف الموجبة لهذا العرض ، سيتدفق تيار الحمل. إذا كان الحمل حثيًا للغاية ، فسيظل التيار حتى تتبدد الطاقة المخزنة في الحمل الاستقرائي. خلال نصف الدورة السلبية حيث يصبح تيار الحمل صفراً ، ينطفئ الثايرستور. إذا كان الجهد موجودًا لفترة من وقت إيقاف التشغيل المقدر للجهاز ، فإن القطبية السالبة للجهد عبر الثايرستور الخارج ستطفئه.

نوع الفئة F

هنا ، يجب أن تكون مدة نصف الدورة أكبر من وقت إيقاف الثايرستور. تشبه عملية التبديل هذه مفهوم المحول ثلاثي الطور. دعونا نفكر ، في المقام الأول ، يتم إجراء T1 و T11 بزاوية إطلاق المحول ، والتي تساوي 60 درجة وتعمل في وضع التوصيل المستمر مع حمل استقرائي عالي.

إذا تم تشغيل الثايرستور T2 و T22 ، فلن يرتفع التيار عبر الأجهزة الواردة على الفور إلى مستوى الحمل الحالي. إذا وصل التيار عبر الثايرستور الوارد إلى مستوى الحمل الحالي ، فسيتم البدء في عملية استبدال الثايرستور الخارج. يجب أن يستمر جهد التحيز العكسي للثايرستور حتى يتم الوصول إلى حالة الحجب الأمامية.

فشل طرق استبدال الثايرستور

يحدث فشل تبديل الثايرستور بشكل أساسي بسبب تبديل الخط ويمكن أن يؤدي انخفاض الجهد إلى جهد غير كافي للتبديل ، وبالتالي يتسبب في حدوث عطل بمجرد تشغيل الثايرستور التالي. لذلك يحدث فشل الاستبدال بسبب عدة أسباب ، تمت مناقشة بعضها أدناه.
توفر الثايرستور وقت استرداد عكسي بطيئًا إلى حد ما ، لذلك قد يوفر التيار العكسي الرئيسي في توصيل التوجيه. يمكن أن يشير هذا إلى 'تيار الخلل' ، والذي يظهر بطريقة دورية عن طريق تبديد الطاقة المصاحب عند فشل SCR.

في الدائرة الكهربائية ، يكون التبديل في الأساس بمجرد تدفق التيار من أحد فروع الدائرة إلى فرع آخر. يحدث فشل التبديل بشكل أساسي بمجرد فشل التغيير في المسار لأي سبب.
بالنسبة لدائرة العاكس أو المعدل ، التي تستخدم SCRs ، يمكن أن يحدث فشل في التبديل لسببين أساسيين.

إذا فشل الثايرستور في التشغيل ، فلن يتم تبديل تدفق التيار وستكون طريقة التبديل قصيرة. وبالمثل ، إذا كان الثايرستور قصيرًا عن الانقطاع ، فقد يتحول تدفق التيار جزئيًا نحو الفرع التالي. لذلك يعتبر هذا أيضًا فشلًا.

الفرق بين تقنيات الاستبدال الطبيعي والإحلال القسري

تمت مناقشة الاختلافات بين الاستبدال الطبيعي والتبديل القسري أدناه.

يمكن أن يطلق على الثايرستور ببساطة مقوم متحكم فيه. هناك أنواع مختلفة من الثايرستور ، والتي تستخدم لتصميم الطاقة القائمة على إلكترونيات مشاريع كهربائية مبتكرة . تسمى عملية تشغيل الثايرستور عن طريق توفير نبضات إطلاق إلى طرف البوابة بالتشغيل. وبالمثل ، فإن عملية إيقاف تشغيل الثايرستور تسمى التخفيف. نأمل أن تقدم هذه المقالة معلومات موجزة حول تقنيات التبديل المختلفة للثايرستور. سيتم تقديم المزيد من المساعدة الفنية بناءً على تعليقاتك واستفساراتك في قسم التعليقات أدناه.