Güç Elektroniğinde Tristör Değişim Yöntemleri

Çoğu dönüştürücü ekipman ve anahtar modlu güç kaynakları güç elektroniği yüksek güç oranlarında yüksek frekanslı anahtarlama işlemleri için tristörler, MOSFET ve diğer güç yarı iletken cihazları gibi bileşenler. Çok sık kullandığımız tristörleri çeşitli uygulamalarda çift dengeli anahtarlar olarak düşünün. Bu tristörler, açılması ve kapatılması gereken anahtarları kullanır. Tristörleri açmak için tristör tetikleme yöntemleri adı verilen bazı tristör açma yöntemleri vardır. Benzer şekilde, tristörleri kapatmak için, tristör değiştirme yöntemleri veya teknikleri adı verilen yöntemler vardır. Tristör komütasyon tekniklerini tartışmadan önce, tristör, tristör operasyonu, farklı tristör türleri ve tristör açma yöntemleri gibi tristör temelleri hakkında bir şeyler bilmeliyiz.

Tristör nedir?

Dört farklı N ve P-tipi malzeme katmanından oluşan iki ila dört kurşun yarı iletken cihaza tristörler denir. Bunlar genellikle, yalnızca tristörün kapı terminali tetiklendiğinde çalışan iki kararlı anahtarlar olarak kullanılır. Bir tristöre silikon kontrollü doğrultucu veya SCR de denir.

Tristör

SCR'nin Değiştirilmesi nedir?

Değişim, bir SCR'nin KAPATMA yönteminden başka bir şey değildir. Bir SCR veya tristörü AÇIK durumdan KAPALI duruma getirmek için kullanılan bir yöntemdir. Bir SCR'nin, yönlendirme önyargısındayken bir SCR'ye doğru bir geçit sinyali kullanılarak etkinleştirilebileceğini biliyoruz. Ancak, güç koşullandırması dışında güç kontrolü için gerektiğinde SCR'nin kapatılması gerekir.

SCR için Komütasyon Devresi

Bir SCR iletim iletimi modunda hareket ettiğinde, kapı terminali kontrolünü kaybeder. Bunun için tristör / SCR'yi kapatmak için bazı ek devre kullanılmalıdır. Bu nedenle, bu ek devreye bir komütasyon devresi denir.

Yani bu terim esas olarak akımı bir aneden diğerine aktarmak için kullanılır. Komutasyon devresi, tristörü KAPATMAK için esas olarak ileri akımı sıfıra indirir. Bu nedenle, tristör iletildikten sonra kapatmak için aşağıdaki koşullar yerine getirilmelidir.

• Tristör veya SCR'nin ileri akımı, aksi takdirde tutma akımı seviyesinin altında sıfıra düşürülmelidir.
• İleri blokaj durumunu düzeltmek için SCR / tristör boyunca geniş bir ters voltaj sağlanmalıdır.

SCR, ileri akımı sıfıra düşürerek KAPATILDIĞINDA, farklı katmanlar içinde fazla yük taşıyıcıları bulunur. Tristörün ileri bloke durumunu düzeltmek için, bu fazla yük taşıyıcıları yeniden birleştirilmelidir. Bu nedenle, bu rekombinasyon yöntemi, tristör boyunca ters voltaj uygulayarak hızlanabilir.

Tristör Değişim Yöntemleri

Yukarıda incelediğimiz gibi, bir tristör, düşük voltajlı kısa süreli darbeli bir kapı terminalini tetikleyerek açılabilir. Ancak açıldıktan sonra, tristör ters yönde eğilinceye veya yük akımı sıfıra düşene kadar sürekli hareket edecektir. Tristörlerin bu sürekli iletimi bazı uygulamalarda sorunlara neden olur. Bir tristörü kapatmak için kullanılan işleme komütasyon denir. Komutasyon işlemi ile, tristör çalışma modu ileri iletim modundan ileri bloklama moduna değiştirilir. Bu nedenle, tristör komütasyon yöntemleri veya tristör komütasyon teknikleri, kapatmak için kullanılır.

Tristörlerin komütasyon teknikleri iki türe ayrılır:

• Doğal Değişim
• Zorunlu Değişim

Doğal Değişim

Genel olarak, AC beslemesini düşünürsek, akım pozitif tepeden negatif tepeye giderken sıfır geçiş çizgisinden akacaktır. Böylece, cihazda eşzamanlı olarak bir ters voltaj görünecek ve bu da tristörü hemen kapatacaktır. Bu işleme doğal komutasyon denir çünkü tristör, komutasyon amacıyla herhangi bir harici bileşen veya devre veya besleme kullanılmadan doğal olarak kapatılır.

AC voltaj denetleyicilerinde, faz kontrollü doğrultucularda ve siklo dönüştürücülerinde doğal komütasyon gözlemlenebilir.

Zorunlu Değişim

Tristör, SCR'yi ters çevirerek veya aktif veya pasif bileşenler kullanarak kapatılabilir. Tristör akımı, tutma akımı değerinin altında bir değere düşürülebilir. Tristör zorla kapatıldığı için zorla değiştirme işlemi olarak adlandırılır. temel elektronik ve elektrik bileşenleri endüktans ve kapasitans gibi, komütasyon amaçları için değiştirme elemanları olarak kullanılır.

DC beslemesi kullanılırken zorlanmış komütasyon gözlemlenebilir, dolayısıyla buna DC komütasyonu da denir. Zorunlu komutasyon işlemi için kullanılan harici devre, bir komütasyon devresi olarak adlandırılır ve bu devrede kullanılan elemanlara komütasyon elemanları denir.

Zorla Değiştirme Yöntemlerinin Sınıflandırılması

Burada, tristör komütasyon yöntemleri sınıflandırması aşağıda tartışılmaktadır. Sınıflandırması esas olarak, komutasyon darbesinin bir voltaj darbesinin akım darbesi olup olmadığına, değiştirilecek SCR aracılığıyla seri / paralel bağlanıp bağlanmadığına, sinyalin yardımcı veya ana tristör aracılığıyla verilip verilmediğine bağlı olarak yapılır. komütasyon devresi yardımcı veya ana kaynaktan şarj edilir. Eviricilerin sınıflandırılması esas olarak komütasyon sinyallerinin konumuna göre yapılabilir. Zorunlu komutasyon aşağıdaki gibi farklı yöntemlere sınıflandırılabilir:

• Sınıf A: Çınlayan bir yük tarafından kendi kendine değiştirilir
• Sınıf B: Bir LC devresi tarafından kendi kendine değiştirilir
• Sınıf C: Cor L-C, başka bir yük taşıyan SCR tarafından değiştirildi
• Sınıf D: Yardımcı bir SCR tarafından değiştirilen C veya L-C
• Sınıf E: Değişim için harici bir darbe kaynağı
• Sınıf F: AC hattı komütasyonu

Sınıf A: Yankılanan Yük Tarafından Kendiliğinden Değişen

Sınıf A, sık kullanılan tristörlü komutasyon tekniklerinden biridir. Tristör tetiklenir veya açılırsa, anot akımı şarj edilerek akacaktır. kapasitör C pozitif olarak nokta ile. İkinci dereceden düşük sönümlü devre, indüktör veya AC direnci , kondansatör ve direnç. Akım SCR üzerinden birikir ve yarım çevrimi tamamlarsa, indüktör akımı SCR'den ters yönde akacak ve tristörü kapatacaktır.

Sınıf A Tristör Değiştirme Yöntemi

Tristörün değiştirilmesinden veya tristörün kapatılmasından sonra, kapasitör üssel bir şekilde direnç aracılığıyla tepe değerinden boşalmaya başlayacaktır. Kondansatör voltajı besleme voltajı seviyesine dönene kadar tristör ters öngerilim durumunda olacaktır.

Sınıf B: Bir L-C Devresi ile Kendiliğinden Değişen

Sınıf A ve sınıf B tristör komütasyon yöntemleri arasındaki en büyük fark, LC'nin A sınıfındaki tristör ile seri olarak bağlanması ve B sınıfındaki tristöre paralel olarak bağlanmasıdır. SCR'yi tetiklemeden önce kondansatör şarj edilir (nokta gösterir pozitif). SCR tetiklenirse veya bir tetikleme darbesi verilirse, ortaya çıkan akımın iki bileşeni vardır.

Sınıf B Tristör Değişim Yöntemi

R-L yükünden geçen sabit yük akımı, serbest devinimli bir diyot ile kenetlenmiş yük ile seri olarak bağlanan büyük reaktans ile sağlanır. Rezonant L-C devresinden sinüzoidal akım akarsa, bu durumda kapasitör C, yarım döngünün sonunda negatif olarak nokta ile yüklenir.

SCR içinden akan toplam akım, negatif salınımın küçük bir kısmı için yük akımına karşı SCR içinden akan ters akımla sıfır olur. Rezonans devresi akımı veya ters akım, yük akımından sadece daha büyük hale gelirse, SCR KAPALI konuma getirilecektir.

Sınıf C: C veya L-C Başka bir Yük Taşıyan SCR ile Değiştirilir

Yukarıdaki tristör komütasyon yöntemlerinde sadece bir SCR gözlemledik, ancak tristörün bu C sınıfı komütasyon tekniklerinde iki SCR olacak. Bir SCR ana tristör, diğeri ise yardımcı tristör olarak kabul edilir. Bu sınıflandırmada, her ikisi de yük akımını taşıyan ana SCR'ler olarak hareket edebilir ve entegre bir dönüştürücü beslemek için bir akım kaynağı kullanılarak kapasitör boyunca yüke sahip dört SCR ile tasarlanabilir.

Sınıf C Tristör Değişim Yöntemi

Tristör T2 tetiklenirse, kondansatör şarj olur. T1 tiristörü tetiklenirse, kondansatör deşarj olur ve C'nin bu deşarj akımı, kondansatör T1 üzerinden T2'ye geçerken T2'deki yük akımının akışına karşı çıkacaktır.

Sınıf D: L-C veya C Yardımcı SCR Tarafından Değiştirilen

C sınıfı ve D sınıfı tristör komütasyon yöntemleri, D sınıfındaki yük akımı ile ayırt edilebilir: SCR'lerden yalnızca biri yük akımını taşıyacak, diğeri yardımcı bir tristör görevi görürken, C sınıfında her iki SCR yük akımı taşıyacaktır. Yardımcı tristör, anotunda yük direncinin yaklaşık on katı direnç gösteren bir dirençten oluşur.

D Sınıfı Tipi

Ta (yardımcı tristör) tetiklendiğinde, kapasitör besleme gerilimi için şarj edilir ve ardından Ta KAPALI hale gelir. Giriş hatlarındaki önemli endüktansa bağlı varsa ekstra voltaj, diyot-indüktör-yük devresi yoluyla deşarj edilecektir.

Tm (ana tristör) tetiklenirse, akım iki yoldan akacaktır: komütasyon akımı C-Tm-L-D yolu boyunca akacak ve yük akımı yük boyunca akacaktır. Kapasitör üzerindeki yük ters çevrilir ve diyot kullanılarak bu seviyede tutulursa ve Ta yeniden tetiklenirse, kapasitördeki voltaj Ta üzerinden Tm boyunca görünecektir. Böylece ana tristör Tm kapatılacaktır.

E Sınıfı: Değişim için Harici Darbe Kaynağı

E sınıfı tristör komütasyon teknikleri için, bir transformatör doyurulamaz (yeterli bir demir ve hava boşluğuna sahip olduğu için) ve besleme voltajına kıyasla küçük bir voltaj düşüşü ile yük akımını taşıyabilir. Tristör T tetiklenirse, akım yük ve darbe transformatöründen geçecektir.

E Sınıfı Tipi

Bir darbe transformatörü aracılığıyla tristörün katoduna sağlanan pozitif bir darbe üretmek için harici bir darbe üreteci kullanılır. Kapasitör C, yaklaşık 1v'ye kadar şarj edilir ve kapatma darbesi süresi için sıfır empedansa sahip olduğu kabul edilir. Tristör üzerindeki voltaj, tristörden gelen darbe ile tersine çevrilir. elektrik trafosu ters toparlanma akımını sağlayan ve gerekli kapanma süresi boyunca negatif voltajı tutar.

Sınıf F: AC Hat Değiştirilmiş

F sınıfı tristör komütasyon tekniklerinde, besleme için alternatif bir voltaj kullanılır ve bu beslemenin pozitif yarı döngüsü sırasında, yük akımı akacaktır. Yük oldukça endüktif ise, endüktif yükte depolanan enerji dağıtılıncaya kadar akım kalacaktır. Negatif yarı döngü sırasında yük akımı sıfırlanırken tristör kapanacaktır. Cihazın nominal kapanma süresi boyunca voltaj varsa, giden tristör boyunca voltajın negatif polaritesi onu kapatacaktır.

Sınıf F Tipi

Burada yarım döngünün süresi tristörün kapanma süresinden daha büyük olmalıdır. Bu komütasyon süreci, üç fazlı dönüştürücü konseptine benzer. Öncelikle T1 ve T11'in 60 dereceye eşit olan ve yüksek endüktif yük ile sürekli iletim modunda çalışan konvertörün tetikleme açısı ile iletildiğini düşünelim.

T2 ve T22 tristörleri tetiklenirse, anlık olarak gelen cihazlardan geçen akım yük akımı seviyesine yükselmeyecektir. Gelen tristörlerden geçen akım yük akımı seviyesine ulaşırsa, giden tristörlerin komutasyon işlemi başlatılacaktır. Tristörün bu ters polarlama voltajı, ileri bloke durumuna ulaşılana kadar sürdürülmelidir.

Tristör Komütasyon Yöntemleri Başarısızlığı

Tristör komütasyon arızası, esas olarak hat değiştirilmeleri ve voltaj düşüşünün komütasyon için yetersiz voltaja yol açması nedeniyle oluşur, bu nedenle bir sonraki tristör çalıştırıldığında bir hataya neden olur. Dolayısıyla, komutasyon hatası, bazıları aşağıda tartışılan birkaç nedenden dolayı ortaya çıkar.
Tristörler, oldukça yavaş bir geri toparlanma süresi sağlar, böylece ana ters akım, iletim iletimi sağlayabilir. Bu, SCR arızasında ortaya çıkan ilişkili güç kaybı ile döngüsel bir şekilde görünen 'arıza akımı' anlamına gelebilir.

Bir elektrik devresinde, komutasyon temelde akımın devrenin bir dalından diğerine akmasıdır. Komutasyon hatası, esas olarak, herhangi bir nedenden dolayı yoldaki değişiklik başarısız olduğunda ortaya çıkar.
SCR'leri kullanan bir invertör veya redresör devresi için, iki temel nedenden dolayı bir komütasyon arızası meydana gelebilir.

Bir tristör açılmıyorsa, akım akışı değişmeyecek ve komutasyon yöntemi yetersiz kalacaktır. Benzer şekilde, bir tristör kapanmak için yetersiz kalırsa, akımın akışı kısmen bir sonraki dala doğru değişebilir. Dolayısıyla bu da bir başarısızlık olarak kabul edilir.

Doğal Değişim ve Zorunlu Değişim Teknikleri Arasındaki Fark

Doğal komütasyon ve zorunlu komütasyon arasındaki farklar aşağıda tartışılmaktadır.

Bir tristör basitçe kontrollü bir redresör olarak adlandırılabilir. Güç elektroniği tabanlı tasarımlarda kullanılan farklı tipte tristörler vardır. yenilikçi elektrik projeleri . Kapı terminaline tetikleyici darbeler sağlayarak tristörü açma işlemine tetikleme denir. Benzer şekilde, tristörü kapatma işlemine komütasyon denir. Umarım bu makale tristörün farklı komutasyon teknikleri hakkında kısa bilgi verir. Aşağıdaki yorumlar bölümündeki yorumlarınıza ve sorularınıza dayalı olarak daha fazla teknik yardım sağlanacaktır.