La majoria de equip convertidor i ús de fonts d'alimentació en mode commutador electrònica de potència components com tiristor, MOSFET i altres dispositius semiconductors de potència per a operacions de commutació d'alta freqüència amb potències elevades. Penseu en els tiristors que utilitzem molt sovint com a commutadors biestables en diverses aplicacions. Aquests tiristors utilitzen interruptors necessaris per encendre i apagar. Per encendre els tiristor, hi ha alguns mètodes d’activació del tiristor anomenats mètodes d’activació del tiristor. De la mateixa manera, per apagar els tiristors, hi ha mètodes anomenats mètodes o tècniques de commutació de tiristors. Abans de discutir les tècniques de commutació del tiristor, hem de saber alguna cosa sobre els fonaments bàsics del tiristor, com ara el tiristor, l’operació del tiristor, els diferents tipus de tiristor i els mètodes d’activació del tiristor.
Què és un Tiristor?
De dos a quatre dispositius semiconductors de plom que consisteixen en quatre capes de materials alterns de tipus N i P s’anomenen tiristor. Generalment s’utilitzen com a commutadors biestables que només funcionaran quan s’activa el terminal de la porta del tiristor. Un tiristor també s’anomena rectificador controlat per silici o SCR.
Tiristor
Què és la commutació de SCR?
La commutació no és res més que el mètode d’APAGAT d’un SCR. És un mètode utilitzat per portar un SCR o tiristor de l'estat ON a l'estat OFF. Sabem que un SCR es pot activar mitjançant un senyal de porta cap a un SCR quan es troba en un biaix de reenviament. Però SCR ha d'apagar-se quan es requereixi per controlar la potència, en cas contrari, condicionar la potència.
Circuit de commutació per SCR
Quan un SCR es mou en el mode de conducció d’enviament, el terminal de la porta perd el control. Per a això, s’hauria d’utilitzar algun circuit addicional per apagar el tiristor / SCR. Per tant, aquest circuit addicional s’anomena circuit de commutació.
Per tant, aquest terme s’utilitza principalment per transferir el corrent d’un ane a un altre. El circuit de commutació redueix principalment el corrent cap endavant a zero per apagar el tiristor. Per tant, s’han de complir les condicions següents per apagar el tiristor una vegada que estigui conduint.
- El corrent cap endavant del tiristor o SCR s'hauria de reduir a zero en cas contrari sota el nivell actual de manteniment.
- S'hauria de proporcionar un voltatge invers ampli a través del SCR / tiristor per recuperar el seu estat de bloqueig cap endavant.
Una vegada que l’SCR s’apaga disminuint el corrent cap endavant a zero, hi ha portadors de càrrega excedents dins de diferents capes. Per recuperar l’estat de bloqueig cap endavant del tiristor, s’hauria de recombinar aquests portadors de càrrega sobrant. Per tant, aquest mètode de recombinació pot accelerar-se aplicant una tensió inversa a través del tiristor.
Mètodes de commutació de tiristor
Com hem estudiat anteriorment, es pot activar un tiristor activant un terminal de porta amb un impuls de baixa durada de baixa tensió. Però després d’encendre’s, es durà a terme continu fins que el tiristor es polaritzi cap enrere o el corrent de càrrega caigui a zero. Aquesta conducció contínua de tiristor causa problemes en algunes aplicacions. El procés utilitzat per apagar un tiristor s’anomena commutació. En el procés de commutació, el mode de funcionament del tiristor canvia del mode de conducció cap endavant al mode de bloqueig cap endavant. Per tant, s’utilitzen els mètodes de commutació de tiristor o tècniques de commutació de tiristor.
Les tècniques de commutació dels tiristor es classifiquen en dos tipus:
- Conmutació natural
- Commutació forçada
Conmutació natural
En general, si tenim en compte el subministrament de corrent altern, el corrent fluirà a través de la línia de pas zero passant de pic positiu a pic negatiu. Així, apareixerà una tensió inversa al dispositiu simultàniament, que apagarà el tiristor immediatament. Aquest procés s’anomena commutació natural, ja que el tiristor s’apaga de forma natural sense utilitzar cap component extern, cap circuit o subministrament per a la commutació.
La commutació natural es pot observar en controladors de voltatge de corrent altern, rectificadors de fase controlats i convertidors de ciclo.
Commutació forçada
El tiristor es pot apagar mitjançant la polarització inversa del SCR o mitjançant l'ús de components actius o passius. El corrent de tiristor es pot reduir a un valor inferior al valor del corrent de retenció. Atès que el tiristor està apagat per la força, es denomina procés de commutació forçada. El components electrònics bàsics i components elèctrics com la inductància i la capacitància s’utilitzen com a elements de commutació a efectes de commutació.
Es pot observar la commutació forçada mentre s’utilitza el subministrament de CC, per tant, també s’anomena commutació de CC. El circuit extern utilitzat per al procés de commutació forçada s’anomena circuit de commutació i els elements que s’utilitzen en aquest circuit s’anomenen elements de commutació.
Classificació dels mètodes de commutació forçada
A continuació, es descriu la classificació dels mètodes de commutació del tiristor. La seva classificació es fa principalment en funció de si el pols de commutació és un impuls de corrent d’un pols de tensió, si està connectat en sèrie / paral·lel a través del SCR que es commuta, si el senyal es dóna a través d’un tiristor auxiliar o principal, si el circuit de commutació es carrega des d’una font auxiliar o principal. La classificació dels inversors es pot fer principalment en funció de la ubicació dels senyals de commutació. La commutació forçada es pot classificar en diferents mètodes de la següent manera:
- Classe A: commutació automàtica per una càrrega de ressonància
- Classe B: commutació automàtica per un circuit LC
- Classe C: Cor L-C canviat per un altre SCR de càrrega
- Classe D: C o L-C canviat per un SCR auxiliar
- Classe E: una font d’impuls extern per a la commutació
- Classe F: commutació de línia AC
Classe A: commutació automàtica per una càrrega de ressonància
La classe A és una de les tècniques de commutació de tiristors més freqüents. Si s’activa o s’activa el tiristor, el flux d’ànode fluirà carregant-se condensador C. amb punt com a positiu. El circuit subamortitzat de segon ordre està format per inductor o resistència de corrent altern , condensador i resistència. Si el corrent s’acumula a través de SCR i completa el semicicle, el corrent d’inductor fluirà a través del SCR en la direcció inversa que apagarà el tiristor.
Mètode de commutació de tiristor classe A.
Després de la commutació del tiristor o apagat el tiristor, el condensador començarà a descarregar-se del seu valor màxim a través de la resistència de manera exponencial. El tiristor estarà en condicions de polarització inversa fins que la tensió del condensador torni al nivell de tensió d’alimentació.
Classe B: commutació automàtica per un circuit L-C
La principal diferència entre els mètodes de commutació de tiristor de classe A i classe B és que el LC està connectat en sèrie amb el tiristor de la classe A, mentre que en paral·lel al tiristor de la classe B. Abans d’activar el SCR, el condensador es carrega cap amunt (el punt indica positiu). Si l'SCR s'activa o se li dóna un impuls de desencadenament, el corrent resultant té dos components.
Mètode de commutació de tiristor classe B
El corrent de càrrega constant que circula per la càrrega R-L està assegurat per la gran reactància connectada en sèrie amb la càrrega que està subjecta amb un díode de roda lliure. Si el corrent sinusoidal flueix a través del circuit L-C ressonant, el condensador C es carrega amb un punt negatiu al final del semicicle.
El corrent total que flueix a través del SCR es torna zero amb el corrent invers que flueix a través del SCR oposant-se al corrent de càrrega durant una petita fracció del balanceig negatiu. Si el corrent de circuit ressonant o el corrent invers es converteixen en una mica més gran que el corrent de càrrega, el SCR s'apagarà.
Classe C: C o L-C Canviat per un altre SCR de càrrega
En els mètodes de commutació de tiristor anteriors, només vam observar un SCR, però en aquestes tècniques de commutació de classe C del tiristor hi haurà dos SCR. Un SCR es considera com el tiristor principal i l’altre com a tiristor auxiliar. En aquesta classificació, tots dos poden actuar com a SCR principals que porten corrent de càrrega i es poden dissenyar amb quatre SCR amb càrrega a través del condensador utilitzant una font de corrent per subministrar un convertidor integral.
Mètode de commutació de tiristor classe C.
Si s’activa el tiristor T2, es carregarà el condensador. Si s'activa el tiristor T1, el condensador es descarregarà i aquest corrent de descàrrega de C s'oposarà al flux de corrent de càrrega a T2 ja que el condensador es commuta a través de T2 a través de T1.
Classe D: L-C o C Canviat per un SCR auxiliar
Els mètodes de commutació de tiristor de classe C i classe D es poden diferenciar amb el corrent de càrrega de la classe D: només un dels SCR transportarà el corrent de càrrega mentre que l’altre actua com a tiristor auxiliar mentre que a la classe C els dos SCR portaran corrent de càrrega. El tiristor auxiliar consisteix en una resistència al seu ànode que té una resistència aproximada de deu vegades la resistència de càrrega.
Tipus de classe D.
En activar el Ta (tiristor auxiliar), el condensador es carrega fins a subministrar tensió i llavors el Ta s'apagarà. El voltatge addicional, si n'hi ha, a causa d'una inductància substancial a les línies d'entrada, es descarregarà a través del circuit de càrrega de díode-inductor.
Si s’activa la Tm (tiristor principal), llavors el corrent fluirà en dos camins: el corrent de commutació fluirà pel camí C-Tm-L-D i el corrent de càrrega fluirà a través de la càrrega. Si la càrrega del condensador s’inverteix i es manté a aquest nivell mitjançant el díode i si es torna a activar Ta, aleshores la tensió del condensador apareixerà a través del Tm a través de Ta. Així, el tiristor principal Tm s’apagarà.
Classe E: Font de pols extern per a la commutació
Per a les tècniques de commutació de tiristor de classe E, un transformador no pot saturar-se (ja que té un buit suficient de ferro i aire) i és capaç de transportar el corrent de càrrega amb una petita caiguda de tensió en comparació amb la tensió d'alimentació. Si s'activa el tiristor T, el corrent fluirà a través del transformador de càrrega i d'impulsos.
Tipus de classe E.
Un generador extern d’impulsos s’utilitza per generar un impuls positiu que s’administra al càtode del tiristor a través d’un transformador d’impulsos. El condensador C es carrega al voltant d’1v i es considera que té una impedància nul·la durant la durada del pols d’apagat. El voltatge a través del tiristor és invertit pel pols de la transformador elèctric que subministra el corrent invers de recuperació i, durant el temps d’apagat requerit, manté la tensió negativa.
Classe F: Línia AC commutada
A les tècniques de commutació de tiristor de classe F, s’utilitza una tensió alterna per a l’alimentació i, durant el mig cicle positiu d’aquesta alimentació, fluirà el corrent de càrrega. Si la càrrega és altament inductiva, el corrent es mantindrà fins que es dissipi l'energia emmagatzemada en la càrrega inductiva. Durant el semicicle negatiu a mesura que el corrent de càrrega es torna zero, el tiristor s'apagarà. Si existeix tensió durant un període del temps d’apagada nominal del dispositiu, la polaritat negativa de la tensió a través del tiristor sortint l’apagarà.
Tipus de classe F.
Aquí, la durada del mig cicle ha de ser superior al temps d’apagat del tiristor. Aquest procés de commutació és similar al concepte d’un convertidor de tres fases. Considerem, principalment, T1 i T11 condueixen amb l'angle de desencadenament del convertidor, que és igual a 60 graus i funciona en mode de conducció contínua amb una càrrega altament inductiva.
Si s’activen els tiristors T2 i T22, instantàniament el corrent a través dels dispositius entrants no pujarà al nivell de corrent de càrrega. Si el corrent a través dels tiristors entrants arriba al nivell de corrent de càrrega, s'iniciarà el procés de commutació dels tiristors sortints. Aquesta tensió de polarització inversa del tiristor s'ha de continuar fins que s'arribi a l'estat de bloqueig cap endavant.
Fracàs dels mètodes de commutació del tiristor
La fallada en la commutació del tiristor es produeix principalment perquè es commuten en línia i la caiguda de tensió pot provocar una tensió inadequada per commutar, de manera que provoca un error un cop es dispara el tiristor següent. Per tant, es produeix un error de commutació a causa de diversos motius, alguns dels quals es descriuen a continuació.
Els tiristors proporcionen un temps de recuperació inversa bastant lent, de manera que el corrent invers principal pot subministrar-se en la conducció de reenviament. Això pot significar 'corrent d'error', que apareix de manera cíclica per la dissipació de potència associada que apareix a la vista en cas de fallada SCR.
En un circuit elèctric, la commutació és bàsicament una vegada que el flux de corrent flueix d’una branca del circuit a una altra. Un error de commutació es produeix principalment un cop que falla el canvi del camí per qualsevol motiu.
Per a un inversor o un circuit rectificador que utilitza SCR, es pot produir un error de commutació per dos motius bàsics.
Si un tiristor no s'encén, el flux de corrent no canviarà i el mètode de commutació es quedarà curt. De la mateixa manera, si un tiristor es queda curt per apagar-se, el flux de corrent pot commutar-se en part cap a la següent branca. Per tant, això també es considera un fracàs.
Diferència entre la commutació natural i les tècniques de commutació forçada
A continuació es discuteixen les diferències entre la commutació natural i la commutació forçada.
| Conmutació natural | Commutació forçada |
| La commutació natural utilitza tensió de CA a l’entrada | La commutació forçada utilitza voltatge continu a l'entrada |
| No utilitza components externs | Utilitza components externs |
| Aquest tipus de commutació s’utilitza en controladors de tensió de CA i rectificadors controlats. | S’utilitza en inversors i picadors. |
| SCR o Tiristor es desactivaran a causa de la tensió d'alimentació negativa | SCR o Tiristor es desactivarà a causa tant del voltatge com del corrent, |
| Durant la commutació, no hi ha pèrdua de potència | Durant la commutació, es produeix una pèrdua d’energia |
| Sense cost | Cost significatiu |
Un tiristor es pot anomenar simplement un rectificador controlat. Hi ha diferents tipus de tiristors que s’utilitzen per al disseny d’electrònica de potència projectes elèctrics innovadors . El procés d’encendre el tiristor proporcionant polsos d’activació al terminal de la porta s’anomena activador. De la mateixa manera, el procés d’apagat del tiristor s’anomena commutació. Espero que aquest article doni una breu informació sobre diferents tècniques de commutació del tiristor. Es proporcionarà més assistència tècnica en funció dels vostres comentaris i consultes a la secció de comentaris següent.
