TYRYSTOROWY STEROWNIK NAPIĘCIA PRZEMIENNEGO STEROWANY FAZOWO SYMETRYCZNIE OBCIĄŻONY RL

Strowniki nap przemiennego -przeznaczone są do płynnej bezstopniowej regulacji wartości wartości skutecznej napiecia czyli wartości skutecznej prądu i tym samym mocy czynnej odbiornika zwykle skaluje steruje się tyrystorami tak aby wartośc średnia napiecia wyjściowego była równa zero. Działanie sterowanych układów nap przemiennego jest takie same jak działanie sterowanych układów prostownikowych.

Układy -schematy obwodów głownych

Układ odwrotnie równoległy -oba tyrystory przewodza naprzemiennie a kazdy jest obciążony prądem o wartości róznej półokresowej wartości średniej prądu odbiornika

dzielonej przez 2 i wartości średniej
razy mniejszej od wartości skutecznej pradu odbiornika. Przy obciążeniu RL tyrystory wymagają ochrony przepięciowej

b),c) Sterowniki o układzie mostkowym -stosowane do odbioru małej mocy dla b)obiązenie płynie tyrystor w obu półokresach -obciażenie prądowe tyrystora jest 2razy większe w porównaniu z układem z odwrotnie równoległym

Tyrystor wyłacza się przy koncu każdego polokresu gdy jego prad przewodzenia zmniejsza się poniżej pradu podαtrzymywania. Zaletami b) jest prostszy układ, prostsze sterowanie , nie wystepowanie nap. Wstecznego -ochrona przepięciowa zbędna i lepsze wykorzystanie tyrystora (prąd )

Wadą jest zwiekszenie strat mocy . Dla c) obciążenie prądowe takie samo jak ukł a)

Wspolny potencjał katod upraszcza układ wyzwalania tyrystorów.

d) Sterownik symistorowy (???) -najprostszy obwód głowny jak i układ sterowania i najmniejszy. Maja one gorsze wartoscikrytyczne stromiosci narastania nap. Blokowania i prądu przewodzenia.

SPOSOBY STEROWANIA

-sterowanie fazowe -polega na zmianie fazy impulsów wyzwalających względem nap anodowego, symetrycznie gdy

_z1 =
_z2 składowa stała nap. Wyjściowego jest równa zero „0”(U_d=0).Osiaga się przez to :

-zmianę kąta załączania a*)

- zmianę :tylko kąta wyłaczania b*)

- jednoczesna zmiane obu kątów dwustronnie symetryczne obcinanie sinusoidy napięcia zasilającego c*)

Sterowanie integracyjne gdzie :

-okres impulsowania jest równy całkowitej wielokrotności okresu napięcia

-załaczanie jest synchroniczne, zał tyrystor w chwili przejścia prądu przez 0 α_z=φ

Regulowany czas przewodzenia tyrystorów jest równy całkowitej liczbie okresów napięcia zasilającego

+schemat zastępczy

Sterowanie Kluczowe -wykorzystywanie załacznikaprądu przemiennego

Tyrystory SA załączane naprzemienne w kolejnych półokresach w chwilach odpowiednio
_z oraz kΠ +
_z , k=1,2,3..

Funkcje opisujące przebiegi napięc i prądów spełniają warunek F(ωt)=-F( ωt+Π)

Równanie obwodu schematu zastępczego w przedziale przewodzenia każdego z tyrystorów ma postac

U_zmsin(ωt)=Ri+ωL

Jego rozwiązaniem jest wyrażenie na przebieg prądu

I=I_Lmsin(ωt+φ)+i_pe^-ωtctgφ

Prąd jest ciągiem impulsów przewodzonych na przemian przez oba tyrystory.Jest sumą 2 składowej okresowej I_Lmsin(ωt+φ) oraz aperiodycznej i_pe^-ωtctgφ tłumionej wykładniczo ze stałą L/R

Przebieg prądu ma postac

I=I_Lm(sin(ωt-φ)-sin(α_z- φ) e^{-(ωt+α
)ctgφ})

Kształt impulsu zalezy od kąta załaczenia
_z i tgφ

zatem czas przewodzenia każdego z tyrystorów nie może (być wiekszy ?) od półokresu nap zasilającego. Kąt załaczania przy którym kąt przewodzenia dla okrslonego tgφ osiaga wartość
_p=
_w-
_z=Π nazywa się granicznym dolnym katem zalaczania
_ZGR=φ.

Prad odbiornika przy granicznym dolnym kacie załączania jest sinusoidalny ciagły i przesuniety względem napiecia o φ

Zakres sterowanie symetrycznego przy odbiorze RL

<sub>ZGR

w

z</sub>

Podanie impulsu z katem mniejszym od granicznego

<sub>z

zgr</sub>

może mieć dwojakie skutki:

-gdy impuls będzie dostatecznie długi to (nie nastapi wyłaczenia tyrystora ?)

-gdy impuls będzie zbyt ktotki to nie nastapi wyzwolenie tyrystora

Wartości średnie za półokres

U_{d(od 0 do pi)}=

I_{d(od 0 do PI)}=

Podobnie wartości skuteczne można obliczyc za połokres

U=

I=

ZASADA REGULACJI NAPIĘCIA WYJŚCIOWEGO W TRANZYSTOROWYCH STERONIKACH IMPULSOWYCH NAPIĘCIA STAŁEGO

(Dwa sposoby regulacji wartości średniej napięcia wyjściowego U_d -schemat zastępczy, przebiegi napięcia i pradu (uproszczone) przy obciążeniu RL).

Wartość średnia za jeden okres pracy:

jest proporcjonalna do wartości napięcia zasilania i względnego czasu przewodzenia prądu przez przerywacz w 1 cyklu.

Mamy 2 sposoby regulacji wartości średniej napięcia (Ud).

1)Tp = const , tp = regulowane ; regulacja przez zmianę czasu przewodzenia łącznika przy stałym okresie impulsów.

2) Tp = regulowane , tp = const ; regulacja przez zmianę okresu impulsowania

Stan przewodzenia tyrystora :1)

stała czasowa

Stan przewodzenia diody: 2)

Wartość końcowa prądu w przedziale1) jest wartością początkową w przedziale 2), po przekształceniach można policzyć i1 oraz i2, maksymalną i minimalną (w zależności od względnego czasu przewodzenia
, oraz stałej czasowej odbiornika)

Pulsacja prądu

nie zależy od wartości napięcia odbiornika. Pulsację można pomniejszyć albo przez zwiększenia indukcyjności obwodu obciążenia albo przez zwiększenie częstotliwości łączeń (zmniejszenie T), bo:

SPOSOBY STEROWANIA TYRYSTORÓW W STEROWNIKACH TYRYSTOROWYCH NAPIĘCIA PRZEMIENNEGO

1)Fazowe - w sterownikach do płynnej zmiany napięcia odbiornika- polega na zmianie fazy impulsów wyzwalających względem napięcia analogowego tyrystora

-symetryczne - gdy α_{z1 =} α_z2 składowa stała napiecia wyjściowego w okresie jest rowna 0 Ud=0 osiaga się to przez:

-Zmianę tylko kata załączania rys a przy obciążeniu R prąd obciążenia(1 armoniczna ) opóźnia się względem napięcia (1 harmonicznej) układ sterownik-odbiornik ma charakter indukcyjny

-zmiane tylko kata wyłączenia rys b przy obciążeniu prad sieci wyprzedza napięcie sieci, układ ma charakter pojemnościowy

-jednoczesna zmiana obu kątów t.j. dwustronne symetryczne obciążenie przy obciążeniu r prąd sieci jest w fazie z napieciem

Sterowanie symetryczne fazowe

jest stosowane głównie w elektrotermii do regulacji temperatury oporowych urządzeń grzejnych, w technice oświetlenia do regulacji nateżenia oświetlenia źródeł światła żarowych rtęciowych, oraz w napędzie elektrycznym do napedowej regulacji prędkości obrotowej silników indukcyjnych klatkowych i części pierścieniowych(jak kurwa można w indukcyjnych,skoro prędkość nie zalezy od napięcia, przynajmniej tak było na maszynach(!))

Niesymetryczne gdy α_z1
α_z2 Składowa stała napięcia wyjściowego jest w ogólnym przypadku rózna od 0.Szczególnym przypadkiem jest tzw odwrotnie symetryczne wg zależności

-odwrotnie symetryczne

2)Integracyjne (impulsowe)

3)Kluczowe - stosowane w układach łączników prądu przemiennego

Sterowniki takie stosuje się do urządzeń w których nie trzeba martwić się o wyższe harmoniczne, np. w oświetleniu i grzejnictwie.

CHARAKT. GŁÓWNA NAPIĘCIOWO PRĄDOWA TYRYSTORA SYMETRYCZNEGO TRIAKA

Ma jednakowe charakterystyki prądowo - napięciowe dla obu polaryzacji (ćwiartki II i III). Podobnie jak w konwencjonalnych tyrystorów jednokierunkowych (SCR - ang. Silicon Controlled Rectifier) może być załączany: bramkowo (prądowym sygnałem bramkowym - najczęściej stosowanym ), napięciowo i stromościowo.

Główną zaleta triakow jest możliwość przewodzenia prądu w obu kierunkach. Dodatkowo można je załączać przy dodatnim i ujemnym napięciu anoda-

katoda.

U_(BO) - napięcie przełączania

I_(BO) - prąd przełączania

I_H - prąd podtrzymania

I_HS - prąd załączania

Działanie:

Załączanie tyrystora , czyli przejście ze stanu blokowania w stan przewodzenia, jest możliwe po przekroczeniu określonej wartości napięcia i prądu anodowego.

Proces załączania najczęściej jest wyzwalany przepływem prądu bramki
(wyzwalanie bramkowe) Wyłączenie wymaga zmniejszenia prądu anodowego tyrystora do wartości prądu podtrzymania I_H.

CHARAKT. GŁÓWNA NAPIĘCIOWO PRĄDOWA TYRYSTORA SCR

Tyrystor triodowy blokujący wstecznie SCR jest to sterowany, 4-warstwowy, 3-elektrodowy, półprzewodnikowy przyrząd mocy, który przy ujemnym napięciu głównym (anoda-katoda) wykazuje własności zaworowe i które może być przyłączony sygnałem bramkowym ze stanu blokowania do stanu przewodzenia, gdy napięcie główne jest dodatnie.

W statycznych warunkach pracy (częstotliwość mniejsza od 400 Hz oraz nieduża stratność napięcia i prądu głównego) podstawowe właściwości tyrystora ilustruje charakterystyka główna. Jest to zależność prądu anodowego do napięcia anodowego przy określonej wartości bramki i określonej temp struktury.

Jest to zależność prądu analogowego przy określonej wartości prądu bramki i określonej temperaturze struktury

I) miedzy punktem „0” a punktem Bo współrzędna punktu przełączenia zależą od wartości prądu I_CT oraz w mniejszym stopniu od temperatury. Za wzrostem
wartość U_BO początkowo wzrasta osiągając max przy granicznej temperaturze struktury
po przekroczeniu, której U_BO szybko maleje. Rezystancja tyrystora w stanie blokowania jest bardzo duża 10^6-10^8
przez przyrząd płynie b. mały prąd blokowania. Podstawowe parametry tyrystora w tym stanie

II) STAN PRZEWODZENIA

Trzy powyżej punktu odpowiadającego prądowi załączania I_L. Charakterystyka jest w tedy podobna do charakterystyki zwartej diody.

Wartość prądu przewodzenia jest ograniczona tylko rezystancja odbiornika, pozostaje w stanie przewodzenia dopóki prąd przewodzenia J_T nie obniży się do wartości I_H- prąd wyłączenia, I_T<I_H ma czas niezbędny do wyłączenia. Jedyny sposób wyłączenia, w którym bramka nie uczestniczy

III)STAN ZAWOROWY

Jest zawarty miedzy punktem”0” a punktem przebicie BR. Przy zerowym prądzie bramki rezystancja tyrystora jest bardzo duża
. A przez tyrystor planie b.maly prąd I_R o wartości bliskiej odwróconemu prądowi blokowania I_D. Wywołany generacja cielna na złączach J1 J3.

IV STAN PRZEBICIA LAWINOWEGO

Występuje po przekroczeniu napięcia przebicia U_BR, w określonych warunkach przyrząd ulega uszkodzeniu.

SPOSOBY ZAŁĄCZANIA I WYŁĄCZANIA TYRYSTORA SCR:

- Impulsem bramkującym - podanie impulsu na bramkę, jedyny praktycznie wykorzystywany sposób załączania

- Przez przekroczenie krytycznej prędkości narastania napięcia blokowania

- Wyzwalanie napięciowe przez przyłożenie napięcia blokowania U większego od napięcia przełączania w danych warunkach

- Wyzwalanie temperaturowe - przez przekroczenie dopuszczalnej temperatury złącza w danych warunkach.

Wyłączanie:

Wyłączyć go można w jeden sposób - obniżenie prądu przewodzenia poniżej prądu podtrzymywania przez czas potrzebny do wyłączenia.

I_T<I_M t>t_min

Sposoby załączania i wyłączania tyrystora SCR.

Tyrystor triodowy blokujący wstecznie SCR to sterowany, czterowarstwowy, trójelektrodowy, półprzewodnikowy przyrząd mocy, który przy ujemnym napięciu głównym (anoda - katoda) wykazuje właściwości zaworowe i który może być przełączany sygnałem bramkowym ze stanu blokowania do stanu przewodzenia, gdy napięcie główne jest dodatnie.

Równania prądów w tyrystorze:

- z uwzględnieniem prądu bramki

- przy zerowym prądzie bramki

gdzie I_A - prąd anodowy tyrystora, I_C0 - prąd generacji cieplnej złącza PN, I_G - prąd bramki, α_1,α₂ - współczynniki wzmocnienia prądowego tranzystorów składowych.

Wielkości w tych wzorach są funkcjami wielu zmiennych:

α₁=f(I_A, U_A, T_j)

α₂=f(I_A, U_A, T_j, I_G, φ)

I_C0=f(U_A, T_j, φ)

Z zależności tych wynikają sposoby załączania tyrystorów:

- przez przepływ prądu bramki I_G, czyli załączenie bramkowe, jest to jedyny sposób powszechnie stosowany w praktyce

- przez zwiększenie wartości napięcia anodowego U_A (powyżej pewnej wartości, zwanej napięciem przełączania); ten sposób nazywany jest załączaniem napięciowym, może być stosowany celowo

- przez wzrost wzrost temperatury struktury T_j powyżej temperatury granicznej; sposób nazywamy załączeniem temperaturowym; w praktyce nie jest wykorzystywany

- przez naświetlenie złącza J₃ strumieniem świetlnym φ, jest to wyzwalanie świetlne; wykorzystywane w fototyrystorach.

Istnieje jeszcze jeden sposób załączania tyrystora - załączanie stromością, tj. przez przyłożenie napięcia blokowania o stromości narastania większej od pewnej stromości krytycznej
Jednak w praktyce sposób ten nie jest stosowany, głównie ze względu na możliwość uszkodzenia przyrządów.

Aby tyrystor wyłączyć, należy zmniejszyć jego prąd anodowy poniżej pewnej wartości granicznej, zwanej rządem podtrzymania I_H, przez czas niezbędny na rekombinację nośników w strukturze.

---