Tyristors kommuteringsmetoder i kraftelektronik

De flesta av omvandlarutrustning och användning av strömförsörjningsenheter kraftelektronik komponenter som tyristorer, MOSFET och andra halvledaranordningar för högfrekvent omkoppling med hög effekt. Tänk på tyristorerna som vi använder mycket ofta som bistabila omkopplare i flera applikationer. Dessa tyristorer använder omkopplare som behövs för att slå på och av. För att slå på tyristorerna finns det en del tyristormetoder som kallas tyristortriggeringsmetoder. På samma sätt finns det metoder för att stänga av tyristorer som kallas tyristorer kommuteringsmetoder eller tekniker. Innan vi diskuterar tyristorkommutationstekniker måste vi veta något om tyristorgrunderna, såsom tyristor, tyristordrift, olika typer av tyristorer och tyristormetoder.

Vad är en tyristor?

Två till fyra ledande halvledaranordningar som består av fyra lager av alternerande N- och P-material kallas tyristorer. Dessa används vanligtvis som bi-stabila omkopplare som endast kommer att leda när tyristorns grindterminal utlöses. En tyristor kallas också en kiselstyrd likriktare eller SCR.

Tyristor

Vad är kommuteringen av SCR?

Pendling är inget annat än att stänga av metoden för en SCR. Det är en metod som används för att föra en SCR eller tyristor från ON-läge till OFF-läge. Vi vet att en SCR kan aktiveras genom att använda en grindsignal mot en SCR när den är i vidarebefordran. Men SCR måste stängas av när det behövs för strömstyrning, annars energikonditionering.

Kommutationskrets för SCR

När en SCR rör sig i läget för vidarebefordran av ledning förlorar dess grindterminal sin kontroll. För det bör någon extra krets användas för att stänga av tyristor / SCR. Så denna extra krets kallas en kommuteringskrets.

Så denna term används huvudsakligen för att överföra strömmen från en ane till en annan. Pendlingskretsen minskar främst framströmmen till noll för att stänga av tyristorn. Så följande villkor bör vara uppfyllda för att stänga av tyristorn när den är ledande.

• Framströmmen för tyristorn eller SCR bör minskas till noll annars under hållströmnivån.
• En riklig omvänd spänning bör tillhandahållas över SCR / tyristorn för att återställa sitt framåt blockerande tillstånd.

När SCR stängs av genom att minska framåtströmmen till noll, finns det överskottsladdningsbärare inom olika lager. För att återställa tyristorns framåtblockerande tillstånd bör dessa överskottsladdningsbärare rekombineras. Så denna rekombinationsmetod kan påskyndas genom att applicera en omvänd spänning över tyristorn.

Tyristors kommutationsmetoder

Som vi har studerat ovan kan en tyristor slås på genom att utlösa en grindterminal med en lågspänning kortvarig puls. Men efter att den slås på kommer den att leda kontinuerligt tills tyristorn är förspänd omvänd eller belastningsströmmen faller till noll. Denna kontinuerliga ledning av tyristorer orsakar problem i vissa applikationer. Processen som används för att stänga av en tyristor kallas kommutering. Genom kommuteringsprocessen ändras tyristordriftläget från framåtledande läge till framåtblockerande läge. Så tyristorkommutationsmetoder eller tyristorkommutationstekniker används för att stänga av.

Tyristors kommutationstekniker klassificeras i två typer:

• Naturlig pendling
• Tvingad pendling

Naturlig pendling

Generellt, om vi överväger växelströmstillförsel, kommer strömmen att strömma genom nollkorsningen medan den går från positiv topp till negativ topp. Således kommer en omvänd spänning att visas över enheten samtidigt, vilket stänger av tyristorn omedelbart. Denna process kallas naturlig pendling eftersom tyristorn stängs av naturligt utan att använda externa komponenter eller krets eller matning för pendlingsändamål.

Naturlig pendling kan observeras i växelspänningsregulatorer, fasstyrda likriktare och cykloomvandlare.

Tvingad pendling

Tyristorn kan stängas av genom omvänd förspänning av SCR eller genom att använda aktiva eller passiva komponenter. Tyristorströmmen kan reduceras till ett värde under värdet på hållströmmen. Eftersom tyristorn stängs av med våld kallas den för en påtvingad kommuteringsprocess. De grundläggande elektronik och elektriska komponenter såsom induktans och kapacitans används som kommuteringselement för kommuteringsändamål.

Tvingad pendling kan observeras när du använder likströmsförsörjning, därför kallas den också likspänning. Den externa kretsen som används för den forcerade kommuteringsprocessen kallas en kommuteringskrets och elementen som används i denna krets kallas kommuteringselement.

Klassificering av tvingade kommuteringsmetoder

Här diskuteras klassificeringen av tyristorkommutationsmetoder nedan. Dess klassificering görs huvudsakligen beroende på om kommuteringspulsen är en strömpuls för en spänningspuls, om den är ansluten i serie / parallell genom SCR som ska kommuteras, om signalen ges via en hjälp- eller huvudtyristor, om pendlingskrets laddas från en hjälp- eller huvudkälla. Klassificeringen av växelriktare kan huvudsakligen göras baserat på kommuteringssignalernas plats. Tvingad pendling kan klassificeras i olika metoder enligt följande:

• Klass A: Självpendlat av en resonansbelastning
• Klass B: Självpendlat av en LC-krets
• Klass C: Cor L-C bytt av en annan lastbärande SCR
• Klass D: C eller L-C bytt av en extra SCR
• Klass E: En extern pulskälla för pendling
• Klass F: AC-ledningskommutering

Klass A: Självkommuterad av en resonansbelastning

Klass A är en av de ofta använda teknikerna för tyristorkommutering. Om tyristorn utlöses eller slås på, kommer anodströmmen att strömma genom laddning kondensator C med punkt som positivt. Den andra ordningens underdämpade krets bildas av induktans- eller växelströmsmotstånd , kondensator och motstånd. Om strömmen byggs upp genom SCR och slutför halvcykeln, kommer induktorströmmen att strömma genom SCR i omvänd riktning vilket stänger av tyristorn.

Klass A-tyristorkommutationsmetod

Efter tyristorkommutationen eller avstängning av tyristorn börjar kondensatorn urladdas från sitt toppvärde genom motståndet på ett exponentiellt sätt. Tyristorn kommer att vara i omvänd förspänning tills kondensatorns spänning återgår till matningsspänningsnivån.

Klass B: Självkommuterad av en L-C-krets

Den största skillnaden mellan klass A- och klass B-tyristorkommutationsmetoder är att LC är ansluten i serie med tyristor i klass A, medan parallellt med tyristor i klass B. Innan utlösning på SCR laddas kondensatorn upp (punkt indikerar positiv). Om SCR utlöses eller ges en utlösande puls, har den resulterande strömmen två komponenter.

Klass B-tyristorkommutationsmetod

Den konstanta lastströmmen som strömmar genom R-L-belastningen säkerställs av den stora reaktansen som är seriekopplad med belastningen som är fastspänd med en frihjulsdiod. Om sinusformad ström strömmar genom den resonanta L-C-kretsen, laddas kondensatorn C upp med punkt som negativ vid slutet av halvcykeln.

Den totala strömmen som strömmar genom SCR blir noll med omvänd ström som strömmar genom SCR motsatt lastströmmen för en liten del av den negativa svängningen. Om resonanskretsströmmen eller backströmmen blir bara större än belastningsströmmen kommer SCR att stängas AV.

Klass C: C eller L-C omkopplad av en annan lastbärande SCR

I ovanstående tyristorkommutationsmetoder observerade vi endast en SCR men i dessa klass C-kommutationstekniker för tyristor kommer det att finnas två SCR. En SCR betraktas som huvudtyristor och den andra som en extra tyristor. I denna klassificering kan båda fungera som huvud-SCR som bär lastström och de kan utformas med fyra SCR med belastning över kondensatorn genom att använda en strömkälla för matning av en integrerad omvandlare.

Klass C-tyristorkommutationsmetod

Om tyristorn T2 utlöses laddas kondensatorn upp. Om tyristorn T1 utlöses kommer kondensatorn att urladdas och denna urladdningsström av C kommer att motsätta flödet av lastström i T2 när kondensatorn kopplas över T2 via T1.

Klass D: L-C eller C omkopplad av en extra SCR

Klass T- och klass D-tyristorkommutationsmetoderna kan differentieras med belastningsströmmen i klass D: endast en av SCR: erna bär lastströmmen medan den andra fungerar som en extra tyristor medan i klass C båda SCR: erna kommer att ha lastström. Hjälptyristorn består av ett motstånd i sin anod som har ett motstånd på ungefär tio gånger belastningsmotståndet.

Klass D-typ

Genom att utlösa Ta (extra tyristor) laddas kondensatorn upp till matningsspänning och sedan stängs Ta av. Den extra spänningen, om någon, på grund av betydande induktans i ingångsledningarna kommer att urladdas genom diod-induktor-belastningskretsen.

Om Tm (huvudtyristorn) utlöses, kommer strömmen att strömma i två banor: kommuteringsströmmen kommer att strömma genom C-Tm-L-D-banan och lastströmmen kommer att strömma genom lasten. Om laddningen på kondensatorn vänds och hålls på den nivån med hjälp av dioden och om Ta utlöses igen, kommer spänningen över kondensatorn att visas över Tm via Ta. Således kommer huvudtyristorn Tm att stängas av.

Klass E: Extern pulskälla för pendling

För klass E-tyristorkommutationstekniker kan en transformator inte mättas (eftersom den har tillräckligt med järn- och luftspalt) och kan bära lastströmmen med ett litet spänningsfall jämfört med matningsspänningen. Om tyristorn T utlöses, kommer strömmen att strömma genom last- och pulstransformatorn.

Klass E Typ

En extern pulsgenerator används för att generera en positiv puls som matas till tyristorkatoden genom en pulstransformator. Kondensatorn C laddas till cirka 1v och den anses ha nollimpedans under avstängningspulsens varaktighet. Spänningen över tyristorn reverseras av pulsen från elektrisk transformator som matar den omvända återvinningsströmmen och under den nödvändiga avstängningstiden håller den den negativa spänningen.

Klass F: AC-linje kommuterad

I klass F-tyristorkommutationstekniker används en växelspänning för matning och under den positiva halvcykeln för denna matning kommer lastströmmen att strömma. Om belastningen är mycket induktiv kommer strömmen att förbli tills energin som lagras i den induktiva belastningen försvinner. Under den negativa halvcykeln när belastningsströmmen blir noll stängs tyristorn av. Om det finns spänning under en period av apparatens nominella avstängningstid, kommer den negativa polariteten hos spänningen över den utgående tyristorn att stänga av den.

Klass F Typ

Här måste halvcykelns varaktighet vara längre än tyristorns avstängningstid. Denna kommuteringsprocess liknar konceptet med en trefasomvandlare. Låt oss överväga, främst T1 och T11 leder med omvandlarens utlösande vinkel, som är lika med 60 grader och arbetar i kontinuerligt ledningsläge med en mycket induktiv belastning.

Om tyristorerna T2 och T22 utlöses, kommer strömmen genom inkommande enheter omedelbart inte att stiga till lastströmnivån. Om strömmen genom de inkommande tyristorerna når lastströmnivån kommer kommuteringsprocessen för utgående tyristorer att initieras. Denna omvända förspänning av tyristorn bör fortsättas tills det framåt blockerande tillståndet har uppnåtts.

Tyristors kommutationsmetoder misslyckas

Tyristorkommutationsfelet uppstår främst på grund av att de kommuteras i linje och spänningsfall kan leda till otillräcklig spänning för att pendla, vilket orsakar ett fel när följande tyristor tänds. Så kommuteringsfel uppstår på grund av flera anledningar, varav några diskuteras nedan.
Tyristorer ger ganska långsam omvänd återhämtningstid så att huvudströmmen kan matas vid vidarebefordring. Detta kan beteckna 'felström', som visas på ett cykliskt sätt genom tillhörande strömavbrott som syns vid SCR-felet.

I en elektrisk krets är kommuteringen i princip en gång strömflödet från en gren av kretsen till en annan. Ett kommuteringsfel inträffar främst när förändringen i sökvägen misslyckas av någon anledning.
För en växelriktare eller en likriktarkrets som använder SCR kan ett kommuteringsfel inträffa på grund av två grundläggande skäl.

Om en tyristor inte slås på, kommer strömmen inte att växla och kommuteringsmetoden kommer att bli kort. På samma sätt, om en tyristor blir kort för att stänga av, kan strömflödet delvis pendla mot nästa gren. Så detta anses också vara ett misslyckande.

Skillnad mellan naturlig pendling och tvångs pendlingsteknik

Skillnaderna mellan naturlig pendling och tvångspendling diskuteras nedan.

En tyristor kan helt enkelt kallas en kontrollerad likriktare. Det finns olika typer av tyristorer som används för att utforma kraftelektronikbaserad innovativa elprojekt . Processen att slå på tyristorn genom att tillhandahålla utlösande pulser till grindterminalen kallas utlösning. På samma sätt kallas processen för att stänga av tyristorn kommutation. Hoppas den här artikeln ger kort information om olika pendlingstekniker för tyristorn. Ytterligare teknisk hjälp kommer att ges baserat på dina kommentarer och frågor i kommentarfältet nedan.