1.Tyrystor jest przyrządem półprzewodnikowym o czterowarstwowej strukturze złączowej. Do warstw zewnętrznych doprowadzone są elektrody, przy czym warstwa p jest anodą , a warstwa n jest katodą. Pomiędzy nimi przepływa prąd obwodu głównego. Dodatkowa elektroda, połączona ze środkową warstwą p- zwana bramką-służy do doprowadzania impulsów prądu powodujących załączanie tyrystora. Charakterystyki prądowo-napięciowe tyrystora: przy prądzie anodowym bliskim 0 jedno z 2 łączy Z1 lub Z2 znajduje sie niezależnie od polaryzacji napięcia pomiędzy anodą i katodą, w stanie zaworowym. Odpowiada to położeniu punktu pracy na osi poziomej (U) i jest analogiczne do stanu rozwarcia styku łącznika. Przy dodatnim napięciu anody względem katody mogą powstać warunki w których złącze środkowe Z2 utraci swoje właściwości zaworowe-wtedy pomiędzy katoda i anoda tyrystora będzie przepływał prąd przy znikomym spadku napięcia na przewodzącym elemencie. odpowiada to w przybliżeniu części charakterystyki na osi pionowej(I) i jest analogiczne do stanu zwarcia zestyku łącznika.

2. Parametry i charakterystyki statyczne obwodu głównego tyrystora.

- Najistotniejszymi wielkościami, które określają właściwości tyrystora w stanie przewodzenia, są wartości średnie, skuteczne i maksymalne prądu, który może przepływać bez obawy uszkodzenia struktury półprzewodnikowej

- napięcie przebicia

- temperatury struktury złączowej T_j

- prąd wsteczny

- niepowtarzalne szczytowe napięcie wsteczne U_RSM

- powtarzalne szczytowe napięcie wsteczne

- szczytowy prąd wsteczny I_RM -zwykle przy T_j=T_jmax=125 stopni Celsjusza i napięciu U_R=U_RRM

- napięcie przełączania U_B0 - zależy od temperatury złącza i zwykle przy T_j>125ºC jego wartość szybko maleje, więc Tj=125ºC jest wartością krytyczną

- niepowtarzalnego szczytowego napięcia blokowania U_DSM

- powtarzalne szczytowe napięcie blokowania U_DRM

- P_str ~ U(TO) It(AV) + r_T I^(2) t(RMS) gdzie: I_T(av) — wartość średnia prądu przewodzenia tyrystora; I_T(rms) — ^wartość skuteczna prądu przewodzenia tyrystora.

- maksymalny średni prąd przewodzenia (prąd graniczny) 1t{av)m (przy impulsach o kształcie półfali sinusoidalnej i częstotliwości 50 Hz)

- skuteczny prąd przewodzenia It(rms) (przy dowolnym kształcie prądu)

- niepowtarzalny szczytowy prąd przewodzenia I_TSM (przy sinusoidalnym kształcie tego impulsu i maksymalnej dopuszczalnej temperaturze struk­tury 7}_max = 125°C). Parametr ten określa przeciążalność tyrystora w stanach awaryjnych.

Charakterystyki napięciowo prądowe tyrystora w stanie zaworowym Przebieg charakterystyki napięciowo-prądowej(UD-ID) w stanie blokowania

Zależność napięcia przełączania UBO od temperatury złącza Wpływ prądu bramki na napięcie przełączania tyrystra w stanie blokowania.

Charakterystyki napięciowo-prądowe tyrystora przewodzącego prąd

Przykładowe dopuszczalne wartości prądu, który może płynąć przez tyrystor w ściśle określonym przedziale czasu, bez obawy jego termicznego uszkodzenia.

3. Parametry i właściwości dynamiczne tyrystorów podczas załączania.

Moment zapoczątkowania załączania tyrystora t₀ odpowiada pojawieniu się czoła impulsu prądowego bramki. Dopiero z pewnym opóźnieniem względem chwili t₀ zaczyna malec napięcie na tyrystorze. Czas opóźnienia t_d wynika z ograniczonej prędkości rozprzestrzeniania się ładunku w warstwie bramkowej typu p i zależy w dużej mierze od stromości narastania prądu bramki oraz od jego wartości maksymalnej. Druga faza, w której napięcie na tyrystorze maleje od 0,9 U_D0 do 0,1 U_D0 (gdzie U_B0 jest wartości napięcia blokowania przed rozpoczęciem procesu załączania), wiąże się z procesem narastania prądu (czas narastania t_r). Suma czasu opóźnienia t_d i czasu narastania t_r jest to czas załączania tyrystora ■m- W procesie załączania tyrystora należy zwrócić uwagę na stromość narastania prądu przewodzenia di_T/dt, która musi mieć wartość mniejszą niż dopuszczalna — tzw. krytyczna stromość narastania prądu przewodzenia 'di_r/dt)_cl._it.

4. Efekt stromości prądowej polega na nierównomiernym rozkładzie prądu w przekroju struktury tyrystora w początkowej fazie załączania:

- rezystancja skrośna wąskiej bazy p2

- efekt i badania są niszczące

- nasycające się po krótkim czasie w dławiku (diT/dT)- krytyczna stromość narastania prądu przewodzenia (wartość powtarzalna).

5. Efekt stromości napięciowej polega na możliwości wystąpienia niekontrolowanych załączeń tyrystora w przypadku zbyt dużych stromości narastania napięcia blokowania:

(dUD/dt)kr- krytyczna stromość narastania napięcia blokowania

UDM
(dUA/dt)max
, Tj
(dUA/dt)mx
, (-Ub)
(dUA/dt)mx

6. Wymuszone wyłączanie tyrystora, czas wyłączania.

Tyrystor załączony dodatnim impulsem bramki I_G, po zaniku tego prądu pozostaje w stanie przewodzenia dopóki prąd anodowy nie zmaleje do wart. tzw. prądu podtrzymania I_H. Aby wyłączyć tranz. należy przerwać prąd anodowy. Czas pracy bezprąd. musi być odpowiedni aby utworzyła się bariera potencjału. Ujemne spolaryzowanie bramki przyśpiesza odzyskiwanie zdolności blokowania.

7. Model cieplny, analogia cieplno-elektryczna.

Zależność miedzy stratami mocy na złączu tranz. różnicą temperatur złącza ΔT_j oraz rezystancją termiczną R_th, wyraża się ΔTj=P_str*R_th. (Analogia do p. Ohma)

8. Charakterystyki i parametry obwodu bramkowego tyrystora.

a) zakres pewnych i możliwych załączeń tyrystora

b) podział obszaru możliwych załączeń tyrystora

1 - Obszar nieprzełączania tyrystora

2 - Obszar możliwych przełączeń

3 - Obszar pewnych załączeń

9. Triaki

Triak - przeciwstawne połączenie w jednej strukturze dwóch tyrystorów. Element ten przewodzi prąd w dwóch kierunkach. Załącza się go impulsem prądowym do bramki (dodatni lub ujemny) Zastosowanie: sterow. napięciem i prądem zmiennym.

10. Miernictwo tyrystorowe.

Tyrystory podlegają fabrycznemu sprawdzeniu. Mierzy się i porównuje z katalogiem wartość napięcia i prądu(skuteczna, średnią, max) w obwodach układu tyrystorowego, sieci zasilającej i odbiorniku. Pomiary wykonuje się w znamionowych warunkach pracy(zasilania i obciążenia) oraz w warunkach granicznych (przeciążenia, zwarcia). Na wyniki wpływ ma temp. złącza, (dlatego umieszcza się tyrys. w komorze cieplnej), Użytkownicy dokonują okresowych pomiarów, nie przekraczając wart. granicznych. Inne pomiary: moc czynna, bierna, moc odkształcenia, współczynnik mocy i sprawność.

11.Diody szybkie = fast recovery
Dioda o krótkim czasie wyłączania, przeznaczona jest do układów przełączających. Czas przełączania wynosi od 1 do 500 ns. Innym wariantem są diody o niskiej upływności z bardzo niskim prądem wstecznym.

12.Prostownik 1-pulsowy, obciążenie RE, przebiegi.

Prostownikami są nazywane układy energoelektroniczne, służące do przekształcania napięć przemiennych w napięcia stałe (jednokierunkowe).

Prostownik sterowany jednopulsowy jest stosowany do zasilania odbiorników prądu stałego o mocy nie przekraczającej 1 kW. Przy zasilaniu odbiornika czysto rezystancyjnego tyrystor jest polaryzowany w kierunku przewodzenia w czasie dodatniej półfali napięcia zasilania u₂. Jeśli więc w przedziale 0 ≤ u₂ ≤ π do tyrystora zostanie doprowadzony impuls bramkowy, to tyrystor przejdzie w stan przewodzenia.

Rys. Przebiegi czasowe napięć i prądu oraz impulsów bramkowych w prostowniku sterowanym jednopulsowym zasilającym odbiornik czysto rezystancyjny.

Wartość średnia napięcia wyprostowanego za okres napięcia zasilania u₂, w przypadku odbiornika czysto rezystancyjnego wynosi:

13.Prostownik 1-pulsowy, obciążenie RL, przebiegi, charakterystyka sterowania.

Przy zasilaniu odbiornika rezystancyjno-indukcyjnego tyrystor jest polaryzowany w kierunku przewodzenia w czasie trwania dodatniej półfali napięcia zasilania u₂. W czasie przewodzenia tyrystora jest słuszne równanie:

Przy takich samych wartościach kąta załączania ϑ_z i napięcia u₂, wartość średnia napięcia wyprostowanego jest w tym przypadku mniejsza niż wartość średnia napięcia odbiornika czysto

rezystancyjnego. Jest to wynikiem występowania ujemnego napięcia na odbiorniku w przedziałach czasu odpowiadających kątowi ϑ_w - π.

Rys. Przebiegi czasowe prądu wyprostowanego, napięć na elementach obwodu głównego oraz

impulsów bramkowych w prostowniku sterowanym jednopulsowym zasilającym odbiornik rezystancyjno-indukcyjny.

Wartość średnia napięcia wyprostowanego w przypadku odbiornika rezystancyjno-indukcyjnego wynosi:

Stromość narastania prądu wyprostowanego płynącego przez odbiornik rezystancyjno- indukcyjny, a tym samym przez tyrystor, jest znacznie mniejsza niż prądu płynącego przez odbiornik czysto rezystancyjny. Może to być przyczyną niezałączenia tyrystora w przypadku, gdy impulsy bramkowe są na tyle krótkie, że w czasie ich trwania prąd odbiornika nie zdąży narosnąć do wartości większej niż wartość prądu wyłączania tyrystora.

14.Prostownik 1-pulsowy, obciążenie RLE.

Układ prostownika sterowanego jednopulsowego może być stosowany do zasilania silników komutatorowych prądu stałego małej mocy. W takich przypadkach schemat zastępczy obwodu odbiornika prostownika składa się z szeregowo połączonych rezystancji R i indukcyjności L wirnika oraz źródła napięcia stałego E silnika. Przy takim odbiorniku tyrystor jest polaryzowany w kierunku przewodzenia tylko w przedziałach czasu, w których napięcie przemienne zasilające prostownik osiąga wartości większe niż napięcie źródłowe E.

Kąt wyłączania tyrystora zależy od kąta załączania, wartości tg φ oraz ε. Wartość średnia napięcia mierzonego na zaciskach odbiornika, przy uwzględnieniu napięcia źródłowego E, wynosi:

15.Prostownik 1-pulsowy, praca falownikowa.

Przekształtnik sterowany jednopulsowy może pracować także jako falownik o komutacji sieciowej, przekazując energię elektryczną od odbiornika do linii zasilającej. Praca falownikowa występuje wówczas, gdy odbiornik zawiera źródło napięcia stałego skierowanego zgodnie z kierunkiem przepływu prądu odbiornika. Warunkiem koniecznym poprawnej pracy falownika jest, aby

Znaczy to, że wartość napięcia źródłowego nie może być większa niż amplituda napięcia uzwojenia wtórnego transformatora zasilającego przekształtnik. W przeciwnym przypadku po załączeniu tyrystora w układzie popłynąłby prąd ciągły o znacznej wartości, mogącej doprowadzić do zniszczenia tyrystora.

Rys. Praca falownikowa przekształtnika jednopulsowego zasilającego odbiornik rezystancyjno-indukcyjny ze źródłem napięcia stałego skierowanego zgodnie z kierunkiem przepływu prądu wyprostowanego. Przebiegi czasowe prądu i napięć w obwodzie głównym przekształtnika.

16.Prostownik 1-pulsowy, obciążenie RL+D, przebiegi.

W przebiegu czasowym napięcia wyjściowego prostowników jednopulsowych, zasilających odbiorniki o charakterze indukcyjnym, występują wartości ujemne, znacznie zmniejszające wartość średnią napięcia i prądu wyprostowanego. To niekorzystne zjawisko można usunąć przez zastosowanie tzw. diody zerowej, włączonej w kierunku zaworowym równolegle do zacisków

wyjściowych przekształtnika. Z reguły prostowniki jednopulsowe z diodą zerową są stosowane do zasilania obwodów wzbudzenia silników prądu stałego małej mocy.

Rys. Prostownik sterowany jednopulsowy z diodą zerową.

17.Prostownik 2-pulsowy, obciążenie RLE, schemat zastępczy, zjawisko komutacji.

Rys. Prostowniki sterowane dwupulsowe: a) układ dwufazowy; b) układ mostkowy (układ Graetza).

Rys. Proces komutacji w prostowniku sterowanym dwupulsowym dwufazowym: a) schemat zastępczy; b) przebiegi czasowe.

Rys. Proces komutacji w prostowniku sterowanym dwupulsowym mostkowym: a) schemat zastępczy; b) przebiegi czasowe.

Rys. Przebiegi czasowe prądów i napięć w prostownikach sterowanych dwupulsowych zasilających odbiornik RLE.

Rys. Prostownik sterowany dwupulsowy dwufazowy zasilający odbiornik rezystancyjno-indukcyjny za źródłem napięcia.

wartość średnia napięcia odbiornika RLE

wartość średnia prądu wyjściowego

18.Prostownik 2-pulsowy, charakterystyki sterowania, charakterystyki obciążenia.

W przypadku prostowników dwupulsowych przy różnych parametrach odbiorników. W przypadku odbiornika o dużym
w zakresie kątów π/2 ≤ α ≤ π przez odbiornik płynie prąd impulsowy, a wartość średnia napięcia wyprostowanego ma w tym zakresie kątów α charakter przemienny.

Rys. Charakterystyki sterowania prostowników dwupulsowych.

19. Prostownik 3-pulsowy, obciążenie RLE zjawisko komutacji.

Napięcie średnie wyprostowane-przebieg impulsowy, odbiornik RL

Napięcie średnie wyprostowane-przebieg ciągłe, odbiornik dowolny

Rys. Obwód komutacji i przebiegi czasowe

Komutacja prosta prądu odbiornika odbywa między tyrystorami dwóch faz.

Komutacja złożona prądu odbiornika między tyrystorami trzech faz.

20. Prostownik 3-pulsowy, charakterystyki sterowania, charakterystyki obciążenia.

Charakt. sterowania prostownika

21. Prostownik 6-pulsowy, 6-fazowy.

Zastosowanie: Do uzyskania niskiego napięcia wyprostowanego z małą stratą.

Napięcie średnie wyprostowane-przebieg impulsowy, odbiornik R

Napięcie średnie wyprostowane-przebieg impulsowy, odbiornik R

22. Prostownik 6-pulsowy 3-fazowy mostkowy: Układ 6 pulsowy mostka można rozpatrywać jako połączenie szeregowe dwóch prostowników trój-pulsowych; Wartość średnia napięcia wyprostowanego prostownika sześciopulsego mostkowego, niezależnie od rodzaju odbiornika, przy przewodzeniu ciągłym wynosi:

Przebiegi czasowe napięć i prądów oraz impulsów bramkowych w prostowniku sterowanym 6-pulsowym mostkowym, odbiornik czysto rezystancyjny rys1 przewodzenia czystko impulsowerys2 przewodzenia ciągłe.

23 W praktyce zastosowanie znalazły prostowniki pół-sterowane mostkowe, zasilane napięciem jednofazowym i trójfazowym. Układy pół-sterowane mogą. być stosowane jednak tylko wówczas, gdy nie jest wymagana praca falownika. Głównymi zaletami prostowników półsterowanych są: mniejsza liczba zaworów sterowanych oraz wsp. Mocy większy niż prostowników sterowanych.

Prostowniki pół-sterowane jednofazowe mostkowe; a) układ z dwoma tyrystorami w grupie katodowej i dwiema diodami w grupie anodowej; b) układ o gałęziach złożonych 2 szeregowo połączonych diod i tyrystorów. Wartość średnia napięcia wyprostowanego:

Prostownik pół-sterowany mostkowy trójfazowy: a) schemat układu; b, c) przebiegi czasowe prądów i napięć odbiornika o dużym
:

24 Przekształtniki nawrotne umożliwiają praktycznie bezprzerwową zmianę kierunku przepływu energii i prądu odbiornika. Budowane z 2 prostowników sterowanych wielopulsowych połączonych przeciwsobnie, jak to przedstawiono na rys. Stosowane w układach napędowych DC

Przekształtnik nawrotny: a) trójpulsowy krzyżowy; b) szesciopulsowy krzyżowy;

25.Sterownik prądu przemiennego, obciążenie R, przebiegi charakterystyki.

Dzieki zastosowaniu odwrotnie równoległego układu połączeń dwóch tyrystorów T1 i T2 sterowanych symetrycznie impulsy bramkowe tych tyrystorów są przesunięte w fazie o kąt 180 stopni, El. T1 jest załączony przy dodatniej półfali napięcia przemiennego zasilającego układ w czasie trwania której jest on polaryzowany w kierunku przewodzenia. Rozłączenie T1 następuje podczas zmiany polaryzacji napięcia zasilania. W czasie trwania ujemnej pół-fali tego napięcia T2 jest polaryzowany w kierunku przewodzenia a włączany przy kącie 180
el +
. Kąt przewodzenia tyrystora wynosi
napięcie na odbiorniku jest równe napieciu lini zasilania pomniejszone o mały spadek na przewodzącym tyrystorze w przedziale

180
El obowiązuje równanie
; u
-napięcie odbiorn, U-wartość skut napiecia zasil,
-pulsacja napiecia zasilania, U
-spadek napiecia na przewodzacm tyrystorze wynoszący ok. 1,5V. Prad odbiornika w przedziale przewodzenia tyrystorów wynosi

Rys. Przebiegi czasowe napięcia u₀ i prądu i₀ odbiornika czysto rezystancyjnego, napięcia u_T tyrystorów oraz impulsów bramkowych i_G1 i i_G2 przy dwóch różnych kątach ϑ_z załączania tyrystorów sterownika jednofazowego prądu przemiennego: a) ϑ_z=120ºel; b) ϑ_z=30ºel

Prostownik jest zasilany napieciem liniowymo wart skutecznej = co najmniej 220V , spadek napięcia U_T może być całkowicie pominiety. W przedziałach czasu w których nie przewodzą tyrystory napiącie na odbiorniku=0. Przy kącie ϑ_z=0 na odbiorniku rezystancyjnym napięcie jest = całkowtemu napieciu sinusoidalnemu. Przy kącie 180ºel napięcie na odbiorniku =0. Zmieniając kąt załączenia tyrystorów zmieniamy wartość skuteczną i srednią napięcia i prądu oraz mocy pobieranych z lini zasilającej odbiornik. Przy pominięciu U_T wartość S_r. Napięcia odb. Liczona za pół-okres :
, wart. skuteczna napięcia odb:
. Największa wartość średnia liczona za półokres nap odb.= wartości średniej napiecia zasilającego sterownik=
.Moc czynna odbiornika czysto rezystancyjnego zasilanego ze sterownika 1-fazowego=
,
-jest wart skuteczną

Wzgledna wrtosć mocy czynnej P
w odniesienu do mocy czynnej P przy całkowitym wysterowaniu (
=0) wynosi:

Odbiornika powodują że współczynnik mocy sterownika jest różny od 1. Moc pozorna pobrana z lini =
.Współczynnik mocy sterownika jednofazowego zasilającego odbiornik rezystancyjny:
wsp. mocy
w zależności od kąta
jest równa względnej wartości skut. napięcia odbiornika.

W układzie odwrotnie-równoległych tyrystorów i w układzie mostkowym stromość narastania prądu przewodzenia tyrystorów jest bardzo duża, Dlatego czas trwania impulsu bramkowego może być krótki (od kilkudziesięciu do kilkuset µs). Dzięki zastosowaniu sterownika zasilającego odbiornik w układzie odwrotnie równoległym można uzyskać impulsy bramkowe w każdym półokresie napięcia zasilania co upraszcza układ sterowania.

26.Sterownik prądu przemiennego, obciążenie RL, przebiegi charakterystyki.

W czasie przewodzenia tyrystora T1 (
) obowiązuje równanie
przy warunku początkowym
. Przy kacie załączania
równym kątowi fazowemu
odbiornika, długość impulsów prądowych płynących przez tyrystory odpowiada
i nie może być już zwiększane . wynika z tego że 1 z tyrystorów przechodzi w stan zaworowy a drugi w stan przewodzenia . Przez odbiornik płynie wówczas prąd ciągły sinus. Przesuniety względem napiecia zasilającego sterownik o kat fazowy
. Zmniejszenia kąta ϑ_z poniżej wartości φ nie powoduje zmian wartości napiecia i prądu odbiornika

Zakres zmian kąta załączania jest określona warunkiem
.Przewodzenia jednokierunkowe występuje przy krótkich impulsach bramkowych i przy katach załaczania tyrystorów sterownika
>Wartość srednia za półokres napiecia odbiornika złozonego z szeregowo połaczonych opornika i dławika:
Wartość skuteczna napięcia i prądu dbiornika:

i
wartość chwilowa prądu odbiornika

Moc pozorna S sterownika i moc czynna P
:

Przy odbiorniku rezystancyjno-indukcyjnym kat przesunięcia fazowego
pierwszej harmonicznej prądu odbiornika względem przebiegu wartości chwilowych napięcia sinusoidalnego zasilającego sterownik zależy od kąta
załączania tyrystorów sterownika oraz od kąta fazowego odbiornika.

27.Sterowanie integracyjne.

Procesy przejściowe powstające przy włączaniu prądów w trójprzewodowym układzie sterowania mocą prądu przemiennego ze sterowaniem integracyjnym i odbiornikiem rezystancyjno-indukcyjnym charakteryzują się występowaniem istotnych przetężeń zwiększających odkształcenia prądów fazowych źródła. Oddziaływanie na źródło zasilania jest przez to bardziej niekorzystne niż w układzie z odbiornikiem rezystancyjnym. W celu uniknięcia przetężeń prądowych powstających przy włączaniu w układzie z odbiornikiem rezystancyjno-indukcyjnym stosuje się wspomaganie sterowania integracyjnego sterowaniem fazowym, realizując w ten sposób tzw. “miękki start”. W tym przypadku następuje łagodne narastanie prądów fazowych odbiornika do wartości ustalonej i nie występują przetężenia.

---