So öffnen Sie einen Thyristor. Was ist ein Thyristor? Klassifizierung nach speziellen Betriebsarten

Das Aufkommen vierschichtiger pnpn-Halbleiterelemente brachte einen echten Durchbruch in der Leistungselektronik. Solche Geräte werden „Thyristoren“ genannt. Siliziumgesteuerte Gates sind die häufigste Familie von Thyristoren.

Diese Art von Halbleiterbauelementen hat die folgende Struktur:

Wie wir dem Blockschaltbild entnehmen können, verfügt der Thyristor über drei Anschlüsse – eine Kathode, eine Steuerelektrode und eine Anode. Anode und Kathode sind an die Stromkreise anzuschließen und die Steuerelektrode ist an das Steuersystem (Schwachstromnetze) zum kontrollierten Öffnen des Thyristors anzuschließen.

Auf Schaltplänen hat der Thyristor folgende Bezeichnung:

Die Strom-Spannungs-Kennlinie ist unten dargestellt:

Schauen wir uns diese Eigenschaft genauer an.

Rückwärtszweig des Merkmals

Im dritten Quadranten sind die Eigenschaften von Dioden und Thyristoren gleich. Wenn an die Anode relativ zur Kathode ein negatives Potential angelegt wird, wird an J 1 und J 3 eine Sperrspannung und an J 2 eine Gleichspannung angelegt, wodurch ein Rückstrom fließt (dieser ist sehr klein). , normalerweise mehrere Milliampere). Wenn diese Spannung auf die sogenannte Durchbruchspannung ansteigt, kommt es zu einem Lawinenanstieg des Stroms zwischen J 1 und J 3. Wenn dieser Strom in diesem Fall nicht begrenzt wird, kommt es zu einem Durchschlag der Verbindung und anschließendem Ausfall des Thyristors. Bei Sperrspannungen, die die Durchbruchspannung nicht überschreiten, verhält sich der Thyristor wie ein hochohmiger Widerstand.

Zone mit geringer Leitfähigkeit

In dieser Zone ist das Gegenteil der Fall. Das Kathodenpotential ist im Verhältnis zum Anodenpotential negativ. Daher wird an J 1 und J 3 eine Gleichspannung und an J 2 eine Gegenspannung angelegt. Das Ergebnis ist ein sehr kleiner Anodenstrom.

Zone mit hoher Leitfähigkeit

Erreicht die Spannung im Anoden-Kathoden-Bereich einen Wert, die sogenannte Schaltspannung, kommt es zu einem Lawinendurchbruch des J2-Übergangs und der Thyristor geht in einen Zustand hoher Leitfähigkeit über. In diesem Fall sinkt U a von mehreren Hundert auf 1 - 2 Volt. Dies hängt vom Typ des Thyristors ab. In einer Zone mit hoher Leitfähigkeit hängt der durch die Anode fließende Strom von der Belastung des externen Elements ab, sodass es in dieser Zone als geschlossener Schalter betrachtet werden kann.

Wenn Sie Strom durch die Steuerelektrode leiten, verringert sich die Einschaltspannung des Thyristors. Sie hängt direkt vom Strom der Steuerelektrode ab und ist, wenn ihr Wert groß genug ist, praktisch gleich Null. Bei der Auswahl eines Thyristors für den Betrieb in einem Stromkreis wird dieser so ausgewählt, dass die Sperr- und Durchlassspannungen die Nennwerte der Durchbruch- und Schaltspannungen nicht überschreiten. Wenn diese Bedingungen schwer zu erfüllen sind oder die Parameter der Elemente stark streuen (z. B. wird ein Thyristor mit 6300 V benötigt und seine nächsten Werte liegen bei 1200 V), ist manchmal das Einschalten der Elemente erforderlich gebraucht.

Zum richtigen Zeitpunkt können Sie den Thyristor durch Anlegen eines Impulses an die Steuerelektrode vom geschlossenen Zustand in die Zone hoher Leitfähigkeit überführen. Der UE-Strom muss in der Regel höher sein als der minimale Öffnungsstrom und beträgt etwa 20-200 mA.

Wenn der Anodenstrom einen bestimmten Wert erreicht, bei dem ein Abschalten des Thyristors (Schaltstrom) nicht mehr möglich ist, kann der Steuerimpuls entfernt werden. Jetzt kann der Thyristor nur noch in den ausgeschalteten Zustand zurückkehren, indem der Strom unter den Haltestrom reduziert wird oder indem eine Spannung mit umgekehrter Polarität an ihn angelegt wird.

Video des Betriebs und Diagramme transienter Prozesse

Ein Thyristor ist ein elektronischer, teilgesteuerter Leistungsschalter. Dieses Gerät kann mit Hilfe eines Steuersignals nur in den leitenden Zustand gebracht, also eingeschaltet werden. Um ihn abzuschalten, müssen besondere Maßnahmen getroffen werden, die dafür sorgen, dass der Vorwärtsstrom auf Null sinkt. Das Funktionsprinzip eines Thyristors ist die Einwegleitung; im geschlossenen Zustand kann er nicht nur Vorwärts-, sondern auch Rückwärtsspannung standhalten.

Thyristoreigenschaften

Thyristoren gehören aufgrund ihrer Eigenschaften zu den Halbleiterbauelementen. Ihr Halbleiterwafer enthält benachbarte Schichten mit unterschiedlicher Leitfähigkeit. Somit ist jeder Thyristor ein Bauelement mit einer vierschichtigen p-p-p-p-Struktur.

Der Pluspol der Spannungsquelle ist mit dem äußersten Bereich der p-Struktur verbunden. Daher wird dieser Bereich Anode genannt. Der gegenüberliegende Bereich des n-Typs, an dem der Minuspol angeschlossen ist, wird Kathode genannt. Die Ausgabe aus dem internen Bereich erfolgt über eine p-Steuerelektrode.

Das klassische Thyristormodell besteht aus zwei unterschiedlichen Leitfähigkeitsgraden. Gemäß dieser Schaltung sind Basis und Kollektor beider Transistoren verbunden. Aufgrund dieser Verbindung wird die Basis jedes Transistors über den Kollektorstrom des anderen Transistors mit Strom versorgt. Somit entsteht eine Schaltung mit positiver Rückkopplung.

Wenn in der Steuerelektrode kein Strom fließt, befinden sich die Transistoren in der geschlossenen Position. Es fließt kein Strom durch die Last und der Thyristor bleibt geschlossen. Wenn der Strom über einem bestimmten Wert zugeführt wird, tritt eine positive Rückkopplung in Kraft. Der Vorgang verläuft lawinenartig, woraufhin beide Transistoren öffnen. Letztendlich stellt sich nach dem Öffnen des Thyristors sein stabiler Zustand ein, auch wenn die Stromversorgung unterbrochen wird.

Thyristorbetrieb bei konstantem Strom

Betrachtet man einen elektronischen Thyristor, dessen Funktionsprinzip auf dem einseitigen Stromfluss basiert, ist zu beachten, dass er mit konstantem Strom arbeitet.

Ein herkömmlicher Thyristor wird durch Anlegen eines Stromimpulses an den Steuerkreis eingeschaltet. Diese Versorgung erfolgt von der Seite positiver Polarität, entgegengesetzt zur Kathode.

Beim Einschalten wird die Dauer des Einschwingvorgangs durch die Art der Belastung, die Amplitude und die Geschwindigkeit, mit der der Steuerstromimpuls ansteigt, bestimmt. Darüber hinaus hängt dieser Vorgang von der Temperatur der inneren Struktur des Thyristors, dem Laststrom und der angelegten Spannung ab. In dem Stromkreis, in dem der Thyristor installiert ist, darf es keinen unzulässigen Spannungsanstieg geben, der zu seiner spontanen Aktivierung führen könnte.

In Diagrammen und technischen Dokumentationen werden häufig verschiedene Begriffe und Symbole verwendet, deren Bedeutung jedoch nicht allen unerfahrenen Elektrikern bekannt ist. Wir schlagen vor, zu diskutieren, was Leistungsthyristoren zum Schweißen sind, ihr Funktionsprinzip, ihre Eigenschaften und die Kennzeichnung dieser Geräte.

Was ist ein Thyristor und seine Typen?

Viele haben Thyristoren in der „Running Fire“-Girlande gesehen; dies ist das einfachste Beispiel des beschriebenen Geräts und seiner Funktionsweise. Ein Siliziumgleichrichter oder Thyristor ist einem Transistor sehr ähnlich. Hierbei handelt es sich um ein mehrschichtiges Halbleiterbauelement, dessen Hauptmaterial Silizium ist, meist in einem Kunststoffgehäuse. Aufgrund der Tatsache, dass ihr Funktionsprinzip dem einer Gleichrichterdiode (AC-Gleichrichtergeräte oder Dinistoren) sehr ähnlich ist, ist die Bezeichnung in den Diagrammen oft dieselbe – dies wird als Analogon eines Gleichrichters angesehen.

Foto – Diagramm einer laufenden Feuergirlande

Es gibt:

• ABB Abschaltthyristoren (GTO),
• Standard SEMIKRON,
• leistungsstarke Lawine vom Typ TL-171,
• Optokoppler (z. B. TO 142-12,5-600 oder MTOTO 80-Modul),
• symmetrisch TS-106-10,
• Niederfrequenz-MTTs,
• Triac BTA 16-600B oder VT für Waschmaschinen,
• Frequenz TBC,
• ausländisches TPS 08,
• TYN 208.

Aber gleichzeitig werden Transistoren vom Typ IGBT oder IGCT für Hochspannungsgeräte (Öfen, Werkzeugmaschinen und andere industrielle Automatisierung) verwendet.

Foto – Thyristor

Aber im Gegensatz zu einer Diode, bei der es sich um einen Zweischichttransistor (PN) (PNP, NPN) handelt, besteht ein Thyristor aus vier Schichten (PNPN) und dieses Halbleiterbauelement enthält drei pn-Übergänge. In diesem Fall verlieren Diodengleichrichter an Effizienz. Dies wird durch die Thyristor-Steuerschaltung sowie durch jedes Nachschlagewerk für Elektriker deutlich (in der Bibliothek können Sie beispielsweise kostenlos ein Buch des Autors Samjatin lesen).

Ein Thyristor ist ein unidirektionaler Wechselstromwandler, das heißt, er leitet Strom nur in eine Richtung, aber im Gegensatz zu einer Diode kann das Gerät als Leerlaufschalter oder als Gleichstromgleichrichterdiode betrieben werden. Mit anderen Worten: Halbleiterthyristoren können nur im Schaltmodus arbeiten und nicht als Verstärkergeräte verwendet werden. Der Schlüssel am Thyristor ist nicht in der Lage, sich selbstständig in die Schließstellung zu bewegen.

Der siliziumgesteuerte Gleichrichter ist neben Triacs, AC-Dioden und Unijunction-Transistoren eines von mehreren Leistungshalbleiterbauelementen, die sehr schnell von einem Modus in den anderen wechseln können. Ein solcher Thyristor wird als Hochgeschwindigkeitsthyristor bezeichnet. Dabei spielt natürlich die Klasse des Gerätes eine große Rolle.

Anwendung von Thyristor

Der Zweck von Thyristoren kann sehr unterschiedlich sein, beispielsweise sind ein selbstgebauter Schweißinverter mit Thyristoren, ein Ladegerät für ein Auto (Thyristor im Netzteil) und sogar ein Generator sehr beliebt. Aufgrund der Tatsache, dass das Gerät selbst sowohl niederfrequente als auch hochfrequente Lasten durchlassen kann, kann es auch als Transformator für Schweißmaschinen verwendet werden (deren Brücke verwendet genau diese Teile). Um den Betrieb des Teils zu steuern, ist in diesem Fall ein Spannungsregler am Thyristor erforderlich.

Foto – Verwendung eines Thyristors anstelle von LATR

Vergessen Sie nicht den Zündthyristor für Motorräder.

Beschreibung des Aufbaus und der Funktionsweise

Der Thyristor besteht aus drei Teilen: „Anode“, „Kathode“ und „Eingang“, bestehend aus drei pn-Übergängen, die mit sehr hoher Geschwindigkeit zwischen „EIN“- und „AUS“-Positionen wechseln können. Gleichzeitig kann er aber auch unterschiedlich lange, also über mehrere Halbzyklen, aus der Stellung „ON“ geschaltet werden, um eine bestimmte Energiemenge an den Verbraucher abzugeben. Die Funktionsweise eines Thyristors lässt sich besser erklären, indem man annimmt, dass er aus zwei miteinander verbundenen Transistoren besteht, wie ein Paar komplementärer regenerativer Schalter.

Die einfachsten Mikroschaltungen zeigen zwei Transistoren, die so kombiniert sind, dass der Kollektorstrom nach dem „Start“-Befehl in den NPN-Transistor TR 2 fließt und direkt in den PNP-Transistor TR 1 fließt. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom von TR 1 fließt in die Kanäle in die Basen von TR 2. Diese beiden miteinander verbundenen Transistoren sind so angeordnet, dass der Basis-Emitter Strom vom Kollektor-Emitter des anderen Transistors erhält. Dies erfordert eine parallele Platzierung.

Foto – Thyristor KU221IM

Trotz aller Sicherheitsmaßnahmen kann es vorkommen, dass sich der Thyristor unbeabsichtigt von einer Position in eine andere bewegt. Dies geschieht aufgrund eines starken Stromsprungs, Temperaturänderungen und anderen verschiedenen Faktoren. Bevor Sie einen Thyristor KU202N, T122 25, T 160, T 10 10 kaufen, müssen Sie ihn daher nicht nur mit einem Tester (Ring) überprüfen, sondern sich auch mit den Betriebsparametern vertraut machen.

Typische Strom-Spannungs-Kennlinien eines Thyristors

Um mit der Diskussion dieses komplexen Themas zu beginnen, schauen Sie sich das Diagramm der Strom-Spannungs-Kennlinien eines Thyristors an:

Foto - Eigenschaften der Strom-Spannungs-Kennlinie des Thyristors

1. Das Segment zwischen 0 und (Vо,IL) entspricht vollständig der direkten Verriegelung des Geräts;
2. Im Vvo-Bereich befindet sich der Thyristor in der Position „ON“;
3. Der Abschnitt zwischen den Zonen (Vvo, IL) und (Vn,In) ist die Übergangsposition im eingeschalteten Zustand des Thyristors. In diesem Bereich tritt der sogenannte Dinistor-Effekt auf;
4. Die Punkte (Vн,In) wiederum zeigen in der Grafik die direkte Öffnung des Geräts an;
5. Die Punkte 0 und Vbr sind der Abschnitt, in dem der Thyristor ausgeschaltet ist;
6. Darauf folgt das Segment Vbr – es zeigt den Reverse-Breakdown-Modus an.

Natürlich können moderne Hochfrequenz-Funkkomponenten in einem Stromkreis die Strom-Spannungs-Kennlinien in unwesentlicher Form beeinflussen (Kühler, Widerstände, Relais). Auch symmetrische Photothyristoren, SMD-Zenerdioden, Optothyristoren, Trioden, Optokoppler, optoelektronische und andere Module können unterschiedliche Strom-Spannungs-Kennlinien aufweisen.

Foto - Strom-Spannungs-Kennlinie eines Thyristors

Darüber hinaus weisen wir Sie darauf hin, dass in diesem Fall der Geräteschutz am Lasteingang erfolgt.

Thyristorprüfung

Bevor Sie ein Gerät kaufen, müssen Sie wissen, wie man einen Thyristor mit einem Multimeter testet. Das Messgerät kann nur an einen sogenannten Tester angeschlossen werden. Das Diagramm, nach dem ein solches Gerät zusammengebaut werden kann, ist unten dargestellt:

Foto – Thyristor-Tester

Laut Beschreibung ist es notwendig, an der Anode eine positive Spannung und an der Kathode eine negative Spannung anzulegen. Es ist sehr wichtig, einen Wert zu verwenden, der der Auflösung des Thyristors entspricht. Die Zeichnung zeigt Widerstände mit einer Nennspannung von 9 bis 12 Volt, was bedeutet, dass die Spannung des Testers etwas höher ist als die des Thyristors. Nachdem Sie das Gerät zusammengebaut haben, können Sie mit der Überprüfung des Gleichrichters beginnen. Zum Einschalten müssen Sie die Taste drücken, die Impulssignale sendet.

Das Testen des Thyristors ist sehr einfach; ein Knopf sendet kurzzeitig ein Öffnungssignal (positiv gegenüber der Kathode) an die Steuerelektrode. Wenn danach die Lauflichter am Thyristor aufleuchten, gilt das Gerät als funktionsunfähig, leistungsstarke Geräte reagieren jedoch nicht immer sofort nach Eintreffen der Last.

Foto - Testerschaltung für Thyristoren

Zusätzlich zur Überprüfung des Geräts wird empfohlen, spezielle Controller oder ein Steuergerät für Thyristoren und Triacs von OWEN BOOST oder andere Marken zu verwenden. Es funktioniert ungefähr genauso wie ein Leistungsregler an einem Thyristor. Der Hauptunterschied besteht in einem größeren Spannungsbereich.

Video: Funktionsprinzip eines Thyristors

Technische Eigenschaften

Betrachten wir die technischen Parameter des Thyristors der KU 202e-Serie. In dieser Serie werden Haushaltsgeräte mit geringem Stromverbrauch vorgestellt, deren Hauptanwendung auf Haushaltsgeräte beschränkt ist: Sie dienen zum Betrieb von Elektroöfen, Heizgeräten usw.

Die folgende Zeichnung zeigt die Pinbelegung und die Hauptteile des Thyristors.

Foto – ku 202

1. Stellen Sie die Sperrspannung im eingeschalteten Zustand (max.) auf 100 V ein
2. Ruhespannung 100 V
3. Impuls in geöffneter Position – 30 A
4. Wiederholter Impuls in Offenstellung 10 A
5. Mittelspannung<=1,5 В
6. Nicht entriegelnde Spannung >=0,2 V
7. Strom in Offenstellung einstellen<=4 мА
8. Rückstrom<=4 мА
9. Konstanter Entriegelungsstrom<=200 мА
10. Konstante Spannung einstellen<=7 В
11. Pünktlich<=10 мкс
12. Abschaltzeit<=100 мкс

Das Gerät schaltet sich innerhalb von Mikrosekunden ein. Wenn Sie das beschriebene Gerät austauschen müssen, wenden Sie sich an einen Verkaufsberater in einem Elektrofachgeschäft – er kann anhand der Abbildung ein Analogon auswählen.

Foto – Thyristor Ku202n

Der Preis eines Thyristors hängt von seiner Marke und seinen Eigenschaften ab. Wir empfehlen den Kauf von Haushaltsgeräten – diese sind langlebiger und erschwinglicher. Auf spontanen Märkten können Sie einen hochwertigen, leistungsstarken Konverter für bis zu hundert Rubel kaufen.

Thyristoren werden häufig in Halbleiterbauelementen und Wandlern eingesetzt. Verschiedene Stromversorgungen, Frequenzumrichter, Regler, Erreger für Synchronmotoren und viele andere Geräte wurden auf Thyristoren aufgebaut und kürzlich durch Transistorwandler ersetzt. Die Hauptaufgabe eines Thyristors besteht darin, die Last in dem Moment einzuschalten, in dem das Steuersignal anliegt. In diesem Artikel befassen wir uns mit der Steuerung von Thyristoren und Triacs.

Definition

Ein Thyristor (Thyristor) ist ein halbgesteuerter Halbleiterschalter. Halbgesteuert bedeutet, dass Sie den Thyristor nur einschalten können; er schaltet nur dann ab, wenn der Strom im Stromkreis unterbrochen wird oder wenn eine umgekehrte Spannung an ihn angelegt wird.

Sie leitet wie eine Diode den Strom nur in eine Richtung. Das heißt, um in einen Wechselstromkreis zur Steuerung von zwei Halbwellen einbezogen zu werden, sind zwei Thyristoren erforderlich, einer für jeden, wenn auch nicht immer. Ein Thyristor besteht aus 4 Halbleiterbereichen (p-n-p-n).

Ein weiteres ähnliches Gerät wird als bidirektionaler Thyristor bezeichnet. Der Hauptunterschied besteht darin, dass es Strom in beide Richtungen leiten kann. Tatsächlich besteht es aus zwei parallel zueinander geschalteten Thyristoren.

Hauptmerkmale

Wie alle anderen elektronischen Bauteile weisen Thyristoren eine Reihe von Eigenschaften auf:

Spannungsabfall bei maximalem Anodenstrom (VT oder Uoc).

Gleichspannung im geschlossenen Zustand (VD(RM) oder Uзс).

Sperrspannung (VR(PM) oder Urev).

Gleichstrom (IT oder Ipr) ist der maximale Strom im offenen Zustand.

Die maximale Durchlassstromkapazität (ITSM) ist der maximale Spitzenstrom im eingeschalteten Zustand.

Der Sperrstrom (IR) ist der Strom bei einer bestimmten Sperrspannung.

Gleichstrom im geschlossenen Zustand bei einer bestimmten Durchlassspannung (ID oder Isc).

Konstante Entriegelungssteuerspannung (VGT oder UУ).

Steuerstrom (IGT).

Maximaler Steuerstrom der IGM-Elektrode.

Maximal zulässige Verlustleistung an der Steuerelektrode (PG oder PU)

Arbeitsprinzip

Wenn an den Thyristor Spannung angelegt wird, leitet er keinen Strom. Es gibt zwei Möglichkeiten, ihn einzuschalten: Legen Sie zwischen Anode und Kathode eine ausreichende Spannung an, um ihn zu öffnen. Dann unterscheidet sich seine Funktionsweise nicht von der eines Dinistors.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen kurzen Impuls an die Steuerelektrode anzulegen. Der Öffnungsstrom des Thyristors liegt im Bereich von 70–160 mA, obwohl dieser Wert sowie die Spannung, die an den Thyristor angelegt werden muss, in der Praxis vom jeweiligen Modell und der Ausführung des Halbleiterbauelements und sogar von anderen Faktoren abhängt die Bedingungen, unter denen es betrieben wird, wie z. B. die Umgebungstemperatur.

Neben dem Steuerstrom gibt es einen Parameter wie den Haltestrom – das ist der minimale Anodenstrom, um den Thyristor im offenen Zustand zu halten.

Nach dem Öffnen des Thyristors kann das Steuersignal abgeschaltet werden; der Thyristor bleibt geöffnet, solange Gleichstrom durch ihn fließt und Spannung anliegt. Das heißt, in einem Wechselstromkreis ist der Thyristor während der Halbwelle geöffnet, deren Spannung den Thyristor in Vorwärtsrichtung vorspannt. Wenn die Spannung auf Null sinkt, nimmt auch der Strom ab. Wenn der Strom im Stromkreis unter den Haltestrom des Thyristors fällt, wird dieser geschlossen (ausgeschaltet).

Die Polarität der Steuerspannung muss mit der Polarität der Spannung zwischen Anode und Kathode übereinstimmen, die Sie in den Oszillogrammen oben beobachten.

Die Steuerung eines Triacs ist ähnlich, weist jedoch einige Besonderheiten auf. Zur Ansteuerung eines Triacs in einem Wechselstromkreis werden zwei Steuerspannungsimpulse benötigt – jeweils für jede Halbwelle einer Sinuswelle.

Nach Anlegen eines Steuerimpulses in der ersten Halbwelle (bedingt positiv) der Sinusspannung fließt der Strom durch den Triac bis zum Beginn der zweiten Halbwelle und schließt dann wie ein normaler Thyristor. Danach müssen Sie einen weiteren Steuerimpuls anlegen, um den Triac auf der negativen Halbwelle zu öffnen. Dies wird in den folgenden Wellenformen deutlich veranschaulicht.

Die Polarität der Steuerspannung muss mit der Polarität der angelegten Spannung zwischen Anode und Kathode übereinstimmen. Aus diesem Grund treten Probleme bei der Steuerung von Triacs über digitale Logikschaltungen oder über Mikrocontroller-Ausgänge auf. Dies kann jedoch leicht durch die Installation eines Triac-Treibers gelöst werden, über den wir später sprechen werden.

Gängige Thyristor- oder Triac-Steuerschaltungen

Die gebräuchlichste Schaltung ist ein Triac- oder Thyristorregler.

Hier öffnet der Thyristor, nachdem am Kondensator genügend Wert vorhanden ist, um ihn zu öffnen. Der Öffnungszeitpunkt wird über ein Potentiometer oder einen variablen Widerstand eingestellt. Je größer sein Widerstand, desto langsamer lädt sich der Kondensator auf. Der Widerstand R2 begrenzt den Strom durch die Steuerelektrode.

Diese Schaltung regelt beide Halbzyklen, sodass Sie die volle Leistungskontrolle von nahezu 0 % bis nahezu 100 % erhalten. Dies wurde durch den Einbau eines Reglers erreicht, der eine der Halbwellen regulierte.

Unten ist eine vereinfachte Schaltung dargestellt, hier wird nur die Hälfte der Periode geregelt, die zweite Halbwelle läuft unverändert durch die Diode VD1. Das Funktionsprinzip ist ähnlich.

Mit einem Triac-Regler ohne Diodenbrücke können Sie zwei Halbwellen steuern.

Vom Funktionsprinzip her ähnelt es fast den vorherigen, ist jedoch auf einem Triac aufgebaut, mit dessen Hilfe beide Halbwellen geregelt werden. Der Unterschied besteht darin, dass hier der Steuerimpuls über einen bidirektionalen DB3-Dinistor zugeführt wird, nachdem der Kondensator auf die gewünschte Spannung aufgeladen wurde, normalerweise 28–36 Volt. Die Ladegeschwindigkeit wird ebenfalls über einen variablen Widerstand oder Potentiometer gesteuert. Dieses Schema ist in den meisten Fällen implementiert.

Interessant:

Solche Spannungsregelkreise werden SIFU – Pulsed Phase Control System – genannt.

Die obige Abbildung zeigt am Beispiel eine Möglichkeit zur Ansteuerung eines Triacs über einen Mikrocontroller. Der Triac-Treiber besteht aus einem Optosimitor und einer LED. Da im Treiberausgangskreis ein Optosimitor eingebaut ist, wird der Steuerelektrode immer eine Spannung der erforderlichen Polarität zugeführt, allerdings gibt es hier einige Nuancen.

Tatsache ist, dass Sie zur Spannungsregelung mit einem Triac oder Thyristor zu einem bestimmten Zeitpunkt ein Steuersignal anlegen müssen, damit der Phasenschnitt auf den gewünschten Wert erfolgt. Wenn Sie zufällig Steuerimpulse abfeuern, funktioniert die Schaltung natürlich, es werden jedoch keine Anpassungen vorgenommen, sodass Sie den Zeitpunkt bestimmen müssen, an dem die Halbwelle den Nulldurchgang durchläuft.

Da uns die Polarität der Halbwelle zum aktuellen Zeitpunkt egal ist, genügt es, einfach den Moment des Übergangs durch Null zu verfolgen. Ein solcher Knoten in der Schaltung wird Nulldetektor oder Nulldetektor und in englischsprachigen Quellen „Zero Crossing Detector Circuit“ oder ZCD genannt. Eine Version einer solchen Schaltung mit einem Nulldurchgangsdetektor unter Verwendung eines Transistor-Optokopplers sieht folgendermaßen aus:

Es gibt viele Optotreiber zur Steuerung von Triacs. Die typischen sind die MOC304x-, MOC305x- und MOC306X-Reihen von Motorola und anderen. Darüber hinaus bieten diese Treiber eine galvanische Trennung, die Ihren Mikrocontroller im Falle eines Ausfalls des Halbleiterschlüssels schützt, der durchaus möglich und wahrscheinlich ist. Dadurch wird auch die Sicherheit beim Arbeiten mit Steuerstromkreisen erhöht, indem der Stromkreis vollständig in „Leistung“ und „Betrieb“ unterteilt wird.

Abschluss

Wir sprachen über grundlegende Informationen zu Thyristoren und Triacs sowie deren Steuerung in Schaltkreisen mit „Änderungen“. Es ist erwähnenswert, dass wir das Thema Abschaltthyristoren nicht angesprochen haben; wenn Sie sich für dieses Thema interessieren, schreiben Sie Kommentare und wir werden sie detaillierter betrachten. Auch die Nuancen der Verwendung und Steuerung von Thyristoren in Leistungsinduktionsschaltungen wurden nicht berücksichtigt. Um die „Konstante“ zu steuern, ist es besser, Transistoren zu verwenden, da Sie in diesem Fall entscheiden, wann der Schlüssel öffnet und wann er schließt, indem Sie dem Steuersignal gehorchen...

Thyristor ist eine Art Halbleiterbauelement, das für die unidirektionale Stromumwandlung ausgelegt ist (d. h. Strom wird nur in eine Richtung geleitet).

Thyristorschaltung

Dieser Wandler hat zwei stabile Zustände: geschlossen (Zustand mit niedriger Leitfähigkeit) und offen (Zustand mit hoher Leitfähigkeit). Der Zweck des Thyristors besteht darin, die Funktion eines elektrischen Schalters zu erfüllen, dessen Besonderheit darin besteht, dass er nicht selbstständig in den geschlossenen Zustand schalten kann. Das Gerät übernimmt die Funktionen eines Leerlaufschalters und einer Gleichrichterdiode in Gleichstromnetzen. Das Hauptmaterial bei der Herstellung dieses Halbleiterbauelements ist Silizium. Das Gehäuse besteht aus Polymermaterialien oder Metall – für Modelle, die mit hohen Strömen arbeiten.

Design und Anwendungen von Thyristoren

Das Gerät enthält 3 Elektroden:

• Anode;
• Kathode;
• Steuerelektrode.

Im Gegensatz zu einer Zweischichtdiode besteht ein Thyristor aus 4 Schichten – p-n-p-n. Beide Geräte leiten den Strom in eine Richtung. Bei den meisten älteren Modellen wird die Richtung durch ein Dreieck angezeigt. Eine externe Spannung wird mit einem „-“-Zeichen an die Kathodenelektrode (Bereich mit elektrischer Leitfähigkeit vom n-Typ) und „+“ - an die Anodenelektrode (Bereich mit elektrischer Leitfähigkeit vom p-Typ) angelegt.

Thyristoren werden in Schweißwechselrichtern, Netzteilen für Autoladegeräte, in Generatoren und für einfache Alarmsysteme, die auf Licht reagieren, eingesetzt.

Das Funktionsprinzip von Thyristoren

In der Fachliteratur wird ein Thyristor als „single-operational“ bezeichnet und gehört zur Gruppe der unvollständig gesteuerten Funkbauelemente. Es geht in den aktiven Zustand über, wenn vom Steuerobjekt ein Impuls einer bestimmten Polarität empfangen wird. Die Geschwindigkeit der Aktivierung und der anschließenden Funktion wird beeinflusst durch:

• Art der Last – induktiv, reaktiv;
• Laststromwert;
• Geschwindigkeit und Amplitude des Anstiegs des Steuerimpulses;
• Umgebungstemperatur des Geräts;
• Spannungsniveau.

Das Umschalten von einem Zustand in einen anderen erfolgt über Steuersignale. Um den Thyristor vollständig abzuschalten, sind zusätzliche Schritte erforderlich. Das Herunterfahren erfolgt auf verschiedene Arten:

• natürliche Abschaltung (natürliche Umschaltung);
• Zwangsabschaltung (Zwangsschaltung), diese Option kann auf viele Arten durchgeführt werden.

Während des Betriebs ist ein ungeplanter Wechsel von einer Position in eine andere möglich, der durch Änderungen der Strom- und Temperatureigenschaften hervorgerufen wird.

Klassifizierungsmerkmale

Je nach Ansteuermethode werden folgende Arten von Thyristoren unterschieden:

Diode (Distoren)

Sie werden durch einen an Anode und Kathode angelegten Hochspannungsimpuls aktiviert. Das Design enthält 2 Elektroden, ohne eine Kontrollelektrode.

Triode (sCR)

Sie sind in zwei Gruppen unterteilt. Im ersten Fall wird die Steuerspannung an die Kathode und die Steuerelektrode angelegt, im zweiten Fall an die Anode und die Steuerelektrode.

Triacs

Führen Sie die Funktionen zweier parallel geschalteter Thyristoren aus.

Optothyristoren

Ihre Funktion erfolgt unter dem Einfluss des Lichtflusses. Die Funktion der Steuerelektrode übernimmt eine Fotozelle.

Entsprechend der Rückwärtsleitfähigkeit werden Thyristoren unterteilt in:

• rückwärts leitend;
• umgekehrt nicht leitend;
• mit nicht genormtem Sperrspannungswert;
• Strömungen in zwei Richtungen leiten.

Die wichtigsten Eigenschaften von Thyristoren, auf die Sie beim Kauf achten sollten

• Maximal zulässiger Strom. Dieser Wert kennzeichnet den höchsten Wert des offenen Thyristorstroms. Bei leistungsstarken Geräten sind es mehrere Hundert Ampere.
• Maximal zulässiger Rückstrom.
• Gleichspannung. Dieser Thyristorparameter entspricht dem Spannungsabfall beim maximal möglichen Strom.
• Sperrspannung. Beschreibt die maximal zulässige Spannung an einem Gerät im geschlossenen Zustand, in dem es seine Funktionsfähigkeit nicht verliert.
• Einschaltspannung. Dies ist der kleinste Wert, bei dem der Thyristor arbeiten kann.
• Minimaler Steuerelektrodenstrom. Entspricht der Strommenge, die ausreicht, um das Gerät zu aktivieren.
• Höchste zulässige Verlustleistung.

Überprüfung des Thyristors auf Funktionsfähigkeit

Das Gerät kann auf verschiedene Arten überprüft werden. Eine davon ist die Verwendung eines speziellen selbstgebauten Testers, der gemäß dem unten dargestellten Diagramm zusammengebaut wird.