Thyristor kommuteringsmetoder i kraftelektronikk

Mesteparten av omformerutstyr og bruk av strømforsyning i brytermodus kraftelektronikk komponenter som tyristorer, MOSFET og andre halvlederkraftenheter for høyfrekvente svitsjoperasjoner med høy effekt. Betrakt tyristorene som vi bruker ofte som bistabile brytere i flere applikasjoner. Disse tyristorene bruker brytere som trengs for å slå på og av. For å slå på tyristorene er det noen tyristormetoder som kalles tyristorutløsermetoder. På samme måte, for å slå av tyristorer, er det metoder som kalles tyristorer kommuteringsmetoder eller teknikker. Før vi diskuterer tyristorkommutasjonsteknikker, må vi vite noe om tyristorens grunnleggende ting, som tyristor, tyristordrift, forskjellige typer tyristorer og tyristormetoder.

Hva er en tyristor?

To til fire blyhalvledere som består av fire lag med alternerende N- og P-materialer kalles tyristorer. Disse brukes vanligvis som bi-stabile brytere som bare vil lede når portterminalen til tyristoren utløses. En tyristor kalles også en silisiumstyrt likeretter eller SCR.

Tyristor

Hva er kommutering av SCR?

Pendling er ikke annet enn å slå AV metoden for en SCR. Det er en metode som brukes til å bringe en SCR eller tyristor fra PÅ-tilstand til AV-tilstand. Vi vet at en SCR kan aktiveres ved å bruke et gatesignal mot en SCR når den er i videresendingsskjevhet. Men SCR må slå seg av når det kreves for strømstyring ellers strømkondisjonering.

Kommutasjonskrets for SCR

Når en SCR beveger seg i modus for fremføring av ledning, mister portterminalen sin kontroll. For det bør noen ekstra krets brukes til å slå av tyristor / SCR. Så denne ekstra kretsen kalles en kommutasjonskrets.

Så dette begrepet brukes hovedsakelig for å overføre strømmen fra en ane til en annen. Kommutasjonskretsen reduserer hovedsakelig fremoverstrømmen til null for å slå AV tyristoren. Så følgende betingelser bør være oppfylt for å slå av tyristoren når den er ledende.

• Fremstrømmen til tyristor eller SCR bør reduseres til null ellers under holdestrømnivået.
• En rikelig omvendt spenning bør tilveiebringes over SCR / tyristoren for å gjenopprette sin foroverblokkerende tilstand.

Når SCR er slått AV ved å redusere fremoverstrøm til null, eksisterer det overskuddsbærere innenfor forskjellige lag. For å gjenopprette tyristorens blokkerende tilstand, bør disse overskuddsbærerne rekombineres. Så, denne rekombinasjonsmetoden kan øke hastigheten ved å bruke en omvendt spenning over tyristoren.

Tyristor kommutasjonsmetoder

Som vi har studert ovenfor, kan en tyristor slås på ved å utløse en portterminal med en lavspent kortvarig puls. Men etter at den er slått på, vil den lede kontinuerlig til tyristoren er reversert forspent eller laststrømmen faller til null. Denne kontinuerlige ledningen av tyristorer forårsaker problemer i noen applikasjoner. Prosessen som brukes for å slå av en tyristor kalles kommutasjon. Ved kommuteringsprosessen blir tyristormodusen endret fra fremoverledende modus til fremover blokkeringsmodus. Så, tyristorkommutasjonsmetodene eller tyristorkommutasjonsteknikkene brukes til å slå av.

Kommutasjonsteknikkene til tyristorer er klassifisert i to typer:

• Naturlig kommutasjon
• Tvunget kommutasjon

Naturlig kommutasjon

Generelt, hvis vi vurderer vekselstrømstilførsel, vil strømmen strømme gjennom nullkryssingslinjen mens den går fra positiv topp til negativ topp. Dermed vil en omvendt spenning vises over enheten samtidig, som vil slå av tyristoren umiddelbart. Denne prosessen kalles naturlig kommutering ettersom tyristoren er slått av naturlig uten å bruke eksterne komponenter eller krets eller forsyning for kommutasjonsformål.

Naturlig kommutering kan observeres i vekselstrømskontrollere, fasestyrte likerettere og syklomformere.

Tvunget kommutasjon

Tyristoren kan slås av ved omvendt forspenning av SCR eller ved å bruke aktive eller passive komponenter. Tyristorstrøm kan reduseres til en verdi under verdien av holdestrømmen. Siden tyristoren er slått av med makt, blir den betegnet som en tvungen kommuteringsprosess. De grunnleggende elektronikk og elektriske komponenter slik som induktans og kapasitans brukes som kommuteringselementer for kommuteringsformål.

Tvunget kommutering kan observeres mens du bruker DC-forsyning, derfor kalles det også DC-kommutering. Den eksterne kretsen som brukes til tvungen kommuteringsprosess kalles en kommuteringskrets og elementene som brukes i denne kretsen kalles kommuteringselementer.

Klassifisering av tvunget kommutasjonsmetoder

Her blir tyristorkommutasjonsmetodeklassifiseringen diskutert nedenfor. Klassifiseringen gjøres hovedsakelig avhengig av om kommuteringspulsen er en strømpuls av en spenningspuls, om den er koblet i serie / parallell gjennom SCR som skal kommuteres, om signalet blir gitt gjennom en ekstra eller hoved-tyristor, om kommutasjonskretsen lades fra en hjelpekilde eller hovedkilde. Klassifiseringen av omformere kan i hovedsak gjøres basert på kommuteringssignalene. Tvangspendlingen kan klassifiseres i forskjellige metoder som følger:

• Klasse A: Selvpendlet av en resonansbelastning
• Klasse B: Selvpendlet av en LC-krets
• Klasse C: Cor L-C byttet av en annen lastbærende SCR
• Klasse D: C eller L-C byttet av en ekstra SCR
• Klasse E: En ekstern pulskilde for kommutering
• Klasse F: Kommutering av vekselstrøm

Klasse A: Selvkommuterte av en resonansbelastning

Klasse A er en av de ofte brukte tyristorkommutasjonsteknikkene. Hvis tyristor utløses eller slås på, vil anodestrømmen strømme ved lading kondensator C med prikk som positiv. Andreordens underdempede krets dannes av spole eller AC-motstand , kondensator og motstand. Hvis strømmen bygger seg opp gjennom SCR og fullfører halvsyklusen, vil induktorstrømmen strømme gjennom SCR i motsatt retning som vil slå av tyristoren.

Klasse A tyristor kommutasjonsmetode

Etter tyristorkommutasjonen eller slå av tyristoren, vil kondensatoren begynne å tømmes fra toppverdien gjennom motstanden på en eksponentiell måte. Tyristoren vil være i omvendt forspenningstilstand til kondensatorspenningen går tilbake til forsyningsspenningsnivået.

Klasse B: Selvkommuterte av en LC-krets

Den største forskjellen mellom klasse A og klasse B tyristor kommuteringsmetoder er at LC er koblet i serie med tyristor i klasse A, mens parallelt med tyristor i klasse B. Før utløsing på SCR, er kondensatoren ladet opp (punkt indikerer positivt). Hvis SCR utløses eller får en utløsende puls, har den resulterende strømmen to komponenter.

Klasse B-kommandasjonsmetode for tyristor

Den konstante belastningsstrømmen som strømmer gjennom R-belastningen sikres av den store reaktansen som er koblet i serie med lasten som er fastspent med en frihjulsdiode. Hvis sinusformet strøm strømmer gjennom resonans-L-C-kretsen, blir kondensatoren C ladet opp med punktum som negativ på slutten av halvsyklusen.

Den totale strømmen som strømmer gjennom SCR blir null med omvendt strøm som strømmer gjennom SCR motsatt laststrømmen for en liten brøkdel av den negative svingen. Hvis resonanskretsstrømmen eller reversstrømmen blir bare større enn laststrømmen, vil SCR bli slått AV.

Klasse C: C eller L-C byttet av en annen lastbærende SCR

I de ovennevnte tyristorkommutasjonsmetodene observerte vi bare en SCR, men i disse klasse C-kommuteringsteknikkene til tyristor vil det være to SCR. Den ene SCR regnes som hovedtyristor og den andre som en ekstra tyristor. I denne klassifiseringen kan begge fungere som hoved-SCRer som bærer laststrøm, og de kan utformes med fire SCR-er med belastning over kondensatoren ved å bruke en strømkilde for å levere en integrert omformer.

Klasse C tyristor kommutasjonsmetode

Hvis tyristoren T2 utløses, vil kondensatoren bli ladet opp. Hvis tyristoren T1 utløses, vil kondensatoren tømmes, og denne utladningsstrømmen til C vil motsette strømmen av belastningsstrøm i T2 når kondensatoren blir slått over T2 via T1.

Klasse D: L-C eller C byttet av en ekstra SCR

Klasse C- og klasse D-tyristorkommutasjonsmetoder kan differensieres med laststrømmen i klasse D: bare en av SCR-ene vil bære laststrømmen mens den andre fungerer som en ekstra tyristor, mens i klasse C begge SCR-ene vil bære laststrøm. Hjelpetyristoren består av en motstand i sin anode som har en motstand på omtrent ti ganger lastmotstanden.

Klasse D Type

Ved å utløse Ta (hjelpetyristor) blir kondensatoren ladet opp til forsyningsspenning, og deretter vil Ta slå seg AV. Den ekstra spenningen, hvis noen, på grunn av betydelig induktans i inngangslinjene vil bli utladet gjennom diode-induktor-belastningskretsen.

Hvis Tm (hovedtyristor) blir utløst, vil strømmen strømme i to baner: kommuteringsstrømmen vil strømme gjennom C-Tm-L-D-banen, og laststrømmen vil strømme gjennom lasten. Hvis ladningen på kondensatoren reverseres og holdes på det nivået ved hjelp av dioden, og hvis Ta blir utløst på nytt, vil spenningen over kondensatoren vises over Tm via Ta. Dermed blir hovedtyristoren Tm slått av.

Klasse E: Ekstern pulskilde for kommutering

For klasse E-tyristorkommutasjonsteknikker kan en transformator ikke mette (da den har tilstrekkelig jern- og luftspalte) og er i stand til å bære laststrømmen med et lite spenningsfall sammenlignet med forsyningsspenningen. Hvis tyristoren T utløses, vil strømmen strømme gjennom last- og pulstransformatoren.

Klasse E Type

En ekstern pulsgenerator brukes til å generere en positiv puls som tilføres tyristorkatoden gjennom en pulstransformator. Kondensatoren C er ladet til rundt 1v, og den anses å ha null impedans for utkoblingspulsens varighet. Spenningen over tyristoren reverseres av pulsen fra elektrisk transformator som forsyner omvendt gjenopprettingsstrøm, og i den nødvendige utkoblingstiden holder den den negative spenningen.

Klasse F: AC-linje kommutert

I klasse F-tyristorkommutasjonsteknikker brukes en vekselspenning for forsyning, og under den positive halvsyklusen av denne forsyningen vil laststrømmen strømme. Hvis belastningen er svært induktiv, vil strømmen forbli til energien som er lagret i den induktive belastningen blir spredt. I løpet av den negative halvsyklusen når belastningsstrømmen blir null, vil tyristoren slå seg av. Hvis det eksisterer spenning i en periode med nominell utkoblingstid for enheten, vil den negative polariteten til spenningen over den utgående tyristoren slå den av.

Klasse F Type

Her må varigheten av halvsyklusen være større enn tyristoren. Denne kommuteringsprosessen ligner konseptet med en trefasekonverterer. La oss vurdere, først og fremst T1 og T11 leder med utløservinkelen til omformeren, som er lik 60 grader og fungerer i kontinuerlig ledningsmodus med en meget induktiv belastning.

Hvis tyristorene T2 og T22 utløses, vil ikke strømmen gjennom de innkommende enhetene øyeblikkelig øke til laststrømnivået. Hvis strømmen gjennom innkommende tyristorer når laststrømnivået, vil kommuteringsprosessen til utgående tyristorer bli startet. Denne omvendte forspenningsspenningen til tyristoren bør fortsettes til den foroverblokkerende tilstanden er nådd.

Feil i kommutasjonsmetoder for tyristor

Tyristorkommutasjonsfeilen oppstår hovedsakelig fordi de er kommutert på linje og spenningsfall kan føre til utilstrekkelig spenning for å pendle, så forårsaker en feil når følgende tyristor blir avfyrt. Så kommuteringsfeil oppstår på grunn av flere grunner, hvorav noen blir diskutert nedenfor.
Tyristorer gir ganske langsom omvendt gjenopprettingstid, slik at den viktigste reverseringsstrømmen kan tilføres i fremføringsledning. Dette kan bety 'feilstrøm', som vises på en syklisk måte ved tilhørende strømforsyning, som kommer til syne ved SCR-svikt.

I en elektrisk krets er kommutering i utgangspunktet en gang strømmen strømmer fra en gren av kretsen til en annen. En kommuteringsfeil oppstår hovedsakelig når endringen i banen mislykkes på grunn av en eller annen grunn.
For en inverter eller en likeretterkrets som bruker SCR, kan en kommuteringsfeil skje på grunn av to grunnleggende årsaker.

Hvis en tyristor ikke klarer å slå på, vil ikke strømmen skifte og kommuteringsmetoden kommer til kort. Tilsvarende, hvis en tyristor kommer til kort for å slå seg av, kan strømmen delvis pendle mot neste gren. Så dette regnes også som en fiasko.

Forskjellen mellom naturlig kommutasjon og tvunget kommuteringsteknikk

Forskjellene mellom naturlig pendling og tvangspendling blir diskutert nedenfor.

En tyristor kan ganske enkelt kalles en kontrollert likeretter. Det finnes forskjellige typer tyristorer, som brukes til å designe kraftelektronikkbasert innovative elektriske prosjekter . Prosessen med å slå på tyristoren ved å gi utløsende pulser til portterminalen kalles utløsende. På samme måte kalles prosessen med å slå av tyristoren kommutasjon. Håper denne artikkelen gir kort informasjon om forskjellige kommuteringsteknikker til tyristoren. Ytterligere teknisk assistanse vil bli gitt basert på dine kommentarer og spørsmål i kommentarfeltet nedenfor.