Im Allgemeinen verwenden wir viele elektrische und elektronische Komponenten beim Entwerfen von Elektronikprojekten und allgemeinen Schaltkreisen. Diese Grundkomponenten umfassen Widerstände, Transistoren, Kondensatoren, Dioden, Induktivitäten, LEDs, Thyristoren oder siliziumgesteuerte Gleichrichter, ICs usw. Betrachten wir die Gleichrichter, die in zwei Typen eingeteilt sind, wie z unkontrollierte Gleichrichter (Dioden) und gesteuerte Gleichrichter (Thyristoren). Tatsächlich möchten viele Ingenieurstudenten und elektronische Bastler die Grundlagen der elektrischen und elektronischen Komponenten kennen. Lassen Sie uns hier in diesem Artikel die Grundlagen und Eigenschaften des Thyristors oder des siliziumgesteuerten Gleichrichters ausführlich erläutern.
Siliziumgesteuerter Gleichrichter
Thyristor- oder Silizium-gesteuerter Gleichrichter ist eine mehrschichtige Halbleitervorrichtung und ähnelt dem Transistor. Siliziumgesteuerter Gleichrichter besteht im Gegensatz zum Gleichrichter mit zwei Anschlüssen (Anode und Kathode) aus drei Anschlüssen (Anode, Kathode und Gate). Die Dioden werden als unkontrollierte Gleichrichter bezeichnet, da sie (während des Vorwärtsvorspannungszustands ohne jegliche Steuerung) immer dann leiten, wenn die Anodenspannung der Diode größer als die Kathodenspannung ist.
Diode und Thyristor
Die siliziumgesteuerten Gleichrichter leiten jedoch nicht, obwohl die Anodenspannung größer als die Kathodenspannung ist, es sei denn, bis der Gate-Anschluss (dritter Anschluss) ausgelöst wird. Indem wir den Triggerimpuls an den Gate-Anschluss liefern, können wir den Betrieb (EIN oder AUS) des Thyristors steuern. Daher wird der Thyristor auch als geregelter Gleichrichter oder siliziumgesteuerter Gleichrichter bezeichnet.
Grundlagen des siliziumgesteuerten Gleichrichters
Im Gegensatz zu zwei Schichten (P-N) in der Diode und drei Schichten (P-N-P oder N-P-N) in Transistoren besteht der siliziumgesteuerte Gleichrichter aus vier Schichten (P-N-P-N) mit drei PN-Übergänge die in Reihe geschaltet sind. Der siliziumgesteuerte Gleichrichter oder Thyristor wird durch das in der Abbildung gezeigte Symbol dargestellt.
Siliziumgesteuerter Gleichrichter
Siliziumgesteuerter Gleichrichter ist auch ein unidirektionales Gerät, da er nur in eine Richtung leitet. Durch geeignete Auslösung kann der Thyristor als Leerlaufschalter und auch als Gleichrichterdiode verwendet werden. Der Thyristor kann jedoch nicht als Verstärker verwendet werden und er kann nur für Schaltvorgänge verwendet werden, die mit einem Auslöseimpuls des Gate-Anschlusses gesteuert werden.
Thyristor kann unter Verwendung einer Vielzahl von Materialien wie Silizium, Siliziumkarbid, Galliumarsenid, Galliumnitrid usw. hergestellt werden. Die gute Wärmeleitfähigkeit, die hohe Stromfähigkeit, die hohe Spannungsfähigkeit und die wirtschaftliche Verarbeitung von Silizium haben es jedoch vorgezogen, im Vergleich zu anderen Materialien zur Herstellung von Thyristoren bevorzugt zu werden, weshalb sie auch als siliziumgesteuerte Gleichrichter bezeichnet werden.
Siliziumgesteuerter Gleichrichter funktioniert
Die Funktionsweise des Thyristors kann unter Berücksichtigung der drei Betriebszustände eines siliziumgesteuerten Gleichrichters verstanden werden. Die drei Betriebsarten des Thyristors sind wie folgt:
- Sperrmodus umkehren
- Vorwärtssperrmodus
- Vorwärtsleitungsmodus
Reverse Blocking Mode
Wenn wir die Anoden- und Kathodenverbindungen der Thyristoren umkehren, sind die untere und die obere Diode in Sperrrichtung vorgespannt. Somit gibt es keinen Leitungsweg, so dass kein Strom fließt. Wird daher als Reverse-Blocking-Modus bezeichnet.
Vorwärtsblockierungsmodus
Im Allgemeinen bleibt der siliziumgesteuerte Gleichrichter ohne Auslöseimpuls zum Gate-Anschluss ausgeschaltet, was anzeigt, dass kein Strom in Vorwärtsrichtung (von Anode zu Kathode) fließt. Dies liegt daran, dass wir zwei Dioden (sowohl die obere als auch die untere Diode sind in Vorwärtsrichtung vorgespannt) miteinander verbunden haben, um einen Thyristor zu bilden. Der Übergang zwischen diesen beiden Dioden ist jedoch in Sperrrichtung vorgespannt, wodurch die Stromfluss von oben nach unten. Daher wird dieser Zustand als Vorwärtsblockierungsmodus bezeichnet. In diesem Modus leitet der Thyristor, obwohl er einen Zustand wie eine herkömmliche in Vorwärtsrichtung vorgespannte Diode aufweist, nicht, da der Gate-Anschluss nicht ausgelöst wird.
Vorwärtsleitungsmodus
In diesem vorwärtsleitenden Modus wird die Die Anodenspannung muss größer als die Kathodenspannung sein und das dritte Anschlussgatter muss für die Leitung des Thyristors geeignet ausgelöst werden. Dies liegt daran, dass bei jedem Auslösen des Gate-Anschlusses der untere Transistor leitet, der den oberen Transistor einschaltet, und dann der obere Transistor den unteren Transistor einschaltet und sich somit die Transistoren gegenseitig aktivieren. Dieser Prozess der internen positiven Rückkopplung beider Transistoren wiederholt sich, bis beide vollständig aktiviert sind und dann der Strom von Anode zu Kathode fließt. Daher wird diese Betriebsart eines siliziumgesteuerten Gleichrichters als Vorwärtsleitungsmodus bezeichnet.
Eigenschaften des siliziumgesteuerten Gleichrichters
Eigenschaften des siliziumgesteuerten Gleichrichters
Die Abbildung zeigt die Eigenschaften des siliziumgesteuerten Gleichrichters und zeigt auch den Thyristorbetrieb in drei verschiedenen Modi, wie z. B. Rückwärtssperrmodus, Vorwärtssperrmodus und Vorwärtsleitmodus. Das V-I Eigenschaften des Thyristors stellen auch die Rückwärtssperrspannung, die Vorwärtssperrspannung, die Rückwärtsdurchbruchspannung, den Haltestrom, die Durchbruchspannung usw. dar, wie in der Figur gezeigt.
Siliziumgesteuerte Gleichrichteranwendungen
Die Anwendung eines siliziumgesteuerten Gleichrichters wird in Schaltungen verwendet, die mit großen Strömen und Spannungen umgehen, wie z Stromversorgungssystem Stromkreise mit mehr als 1 kV oder mehr als 100 A Strom.
Thyristoren werden speziell verwendet, um den internen Leistungsverlust in der Schaltung zu reduzieren. Die siliziumgesteuerten Gleichrichter können verwendet werden, um die Leistung in der Schaltung ohne Verluste unter Verwendung einer Ein-Aus-Schaltsteuerung der Thyristoren zu steuern.
Siliziumgesteuerte Gleichrichter werden auch zu Gleichrichtungszwecken verwendet, d. H. Von Wechselstrom zu Gleichstrom . Typischerweise werden Thyristoren in verwendet AC / AC-Wandler (Zyklokonverter), die die häufigste Anwendung von siliziumgesteuerten Gleichrichtern ist.
Praktische Anwendung eines siliziumgesteuerten Gleichrichters
SCR-basierter Cycloconverter von Edgefxkits.com
Das SCR-basierter Zyklokonverter ist die praktische Anwendung eines siliziumgesteuerten Gleichrichters, bei dem die Drehzahl des Einphasen-Induktionsmotors in drei Schritten gesteuert wird. Induktionsmotoren sind Maschinen mit konstanter Drehzahl und werden häufig in verschiedenen Anwendungen wie Waschmaschinen, Wasserpumpen usw. verwendet. Diese Anwendungen erfordern unterschiedliche Drehzahlen des Motors, die mit dieser SCR-basierten Technik erreicht werden können.
SCR-basiertes Cycloconverter-Blockdiagramm von Edgefxkits.com
Ein Zyklokonverter auf Thyristorbasis dient zur schrittweisen Steuerung der Drehzahl des Induktionsmotors. In diesem Projekt wird ein Schalterpaar an den 8051-Mikrocontroller angeschlossen, mit dem die gewünschte Drehzahl (F, F / 2 und F / 3) des Motors ausgewählt wird. Basierend auf dem Status der Schalter liefert der Mikrocontroller die Auslöseimpulse an die siliziumgesteuerten Gleichrichter der Doppelbrücke. Somit wird die Drehzahl des Induktionsmotors je nach Anforderung in drei Schritten gesteuert.
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