Тиристор

 

 

9-сурет. Симистормен айнымалы  токты реттеу: симимтордың схемалық  шартты белгеісі (а), вольтамперлік сипаттамасы (ә) және оның айнымалы токтағы реттеудегі кернеулік диаграммалары (б)

 

Жүктеме кернеуіндегі боялған  бөліктер тиристордың көмегімен  жүктемеге өткізілмеген кернеу бөліктері.

 

Тиристордың сипаттамалары  мен көрсеткіштері

Тиристор жалпы қуатты электрондық аспап. Оның тоқ шамасы килоамперге, ал кернеу шамасы бірнеше  киловольтқа жетуі мүмкін. Транзистормен  салыстырып, оның қолдану аймағын  айқындағанда да осы жағдай ескеріледі. Қазіргі кезде шамамен 10кВт-қа дейінгі  аралықты транзисторлар «жайласа» , одан жоғарғы қуат шамаларында, сөз жоқ, тиристорлардың артықшылықтары еркіндік алады.

Әрбір тиристордың шектік мүмкіндіктерін байқап, оның пайдалану  ауқымын белгілеу үшін анықтамалықтарда берілетін оның көрсеткіштеріне баға бере білу керек. Пайдалану барысында олардың сенімді жұмыс атқаруы үшін біз оның қандай кернеу түсуіне шыдайтынын білуіміз керек. Осы мүмкіндіктерді көрсету үшін анықтама кітапшаларында ашық тиристордың тоқ шегі мен жабық тиристордың кернеу ұстау шегі белгіленеді. Тоқтың негізінен орташа, тұрақты шамасы көосетілсе (І_тр), кернеудің көбінесе қайталанатын (U_қт) және қайталанбайтын (U_қб) шектерінің мәндері белгіленеді. Мәселен, электр жүйесінен келетін 220 В кернеудің амплитудасы

220 В · = 220 · 1,41 ≈ 310 В

болатын болса, ол үздіксіз периодпен келіп отыратын болғандықтан қайталанатын кернеу есебінде алынады. Кернеу үстемінің кейбір кездейсоқ  құбылыстардың нәтижесінен тууы ( мысалы, найзағайдың соғуынан т.с.с.) қайталанбайтын кернеу есебінде алынады.

Тиристордың көрсеткіштерінің қатарына оның ашық күйіндегі кернеу түсуі U_аш, ажырату тоғы І_аж, қосылу i_қс және ажыратылу i_аж ұзақтықтары т.б. жатады.

Тиристордың өзіндік ерекше көрсеткіштері ретінде оның анод тоғы мен анод кернеуінің өсу жылдамдықтарының шектерін (dI_a /dt, dU_a / dt) атап өтуге болады. Бұларды көрсеткіш есебінде енгізідің себебін түсіндіре кетейік.

Тиристорды тізбекке тез  қосқанда, оның анод тоғы белгілі бір  жылдамдықпен өседі. Ол бірте-бірте  тиристордың көлденең қимасына тарала түсіп, оны толық қамтуға тырысады. Егер тоқтың өсу жылдамдығы қима ауданының өсу жылдамдығынан артық болса, тоқ тығыздығы бірте-бірте өсе келіп, тиристорды істен шығаруы мүмкін. Белгілі бір электрондық аспаптың белгілі бір тоқ қимасының өсу жылдамдығы болғандықтан, оның тоғының өсу жылдамдығына шек қойылып, ол анықтама кітаптарында арнайы көрсетіледі.

Әрбір p-n ауысуының өзіндік сыйымдылығы бар. Оған керней кенеттен және көп түссе, одан соғұрлым көп тоқ ағып, оны есепке алуға мәжбүр боламыз. Тиристор құрамындағы үш бірдей А1, А2, А3 ауысуларының А2 ауысуы кері қосылған да, сырттан берілген кернеу негізінен сонда түседі. Егер осы коллекторлық А2 ауысуының өзіндік, паразиттік С_к сыйымдылығы анод кернеуі ерекше тез өзгере қалса, тиристор құрамында қандай өзгерістер туар еді. Әрине, I_c =C_k (dU_a /di) болғандықтан, кенеттен өзгерген кернеуден туатын тоқ та үлкен болар еді. Енді а₁ мен а₂-нің тоққа тәуелді өзгерісін ескере отырып, тиристордың күтпеген жерден іске қосылып кету мүмкіндігін (басқару электродына ток берілмей тұрып) жорамалдауымызға болады. Осындай мезгілсіз қосылуды болдырмау үшін тиристорға берілетін анод кернеуінің өсу жылдамдығына шек қойылып, ол анықтамалықтарда арнайы көрсетіледі.

 

Тиристорлық түрлендіргіштер.

Қорек қондыргыларында тұрақты  кернеуді өнеркәсіптік жиіліктің айнымалысына түрлендіруге арналған автономды тиристорлық  түрлендіргіштер кең қолданыс тапты. Іс-әрекет принципі бойынша олар ток  инвертор және кернеу инверторы болып  бөлінеді.

Түрлендіргіштің бірінші  типінде жеретемеге баратын ток  қалыптасады, ал кернеу фoрмасы оның комплектісі кедергісінің туындысы болып табылады. Қорек көзінен  тұтынатын тұрақтылықты ұстап тұру үшін инвертор бұтағы индуктивтілігі жоғары болып келетін дроссельге қосылады.

Кернеу түрлендіргіштерінде  соңғының, формасы жүктеменің сипаттамасына  онша тәуелді болмайды, ал ток формасы  жүктемемен анықталады. Кернеу инверторының шығысындағы параллельбұтағына  консенсатор қосылады.

Түрлендіргіштерде тиристорлер  кілт режимінде жұмыс істейді,ол үшін сұлбада олардың қосылу мен  өшу құрылысын қарастыру қажет. Тиристордың қосылуы басқару  құрылғысымен қамтамасыз етіледі. Ол өз уақытында оның басқару электродына қосу импульстарын береді. Демек, тиристорды қосу құрылғыларында кішкентай токпен және қуатпен жұмыс істеуге тура келеді. Тиристорды қосу үшін тура токты оның жабушы құрылғыларын қайта құру үшін жеткілікті уақытқа тоқтату қажет. Талап етілетін шарттарды инверторда коммутациялайтын конденсатор қолдану көмегімен алуға болады. Ол тиристор шартын катодқа қатысты анодқа теріс кернеу беру жолымен қамтамасыз етеді.

Коммутациялайтын конденсаторды  қосу әдістері бойынша инвертор сұлбалары  параллель, тізбекті және тізбекті-параллель  болып бөлінеді.

 

Резервті автоматты  қосу құрылғысы

Резервті автоматты қосу құрылғысы (АҚҚ) және жүктемені қайта  қосу дестесі АҚҚ-ны бір рет енгізгенде қорек көзінің ажырауы кезінде, қоректенуші жүктемені, электр жабдықтаушы  көздерін қайта қосу үшін арналған. Қалыпты режимде жүктеме қорек  көзі арқылы қоректенеді. Бастарту кезінде 1 қорек тізбектегіндегі жалғаушы аппарат ажырайды,  ал 2 қорек тізбегіндегі жалғаушы аппарат тұйықталады, содан  кейін жүктеме қорегі 2 қорек көзіне беріледі.

АҚҚ Фи құрылымдық қондырғысы мен жүктемелердің қайта қосқыш дестесінің айырмашылығы жоқ. Айырмашылығы тек жүктемелердің қосу дестесіндегі ДГУ опциясының номенклатурасына кіруі  мен кешенді түрде қойылуында. Резервтің автоматты қосылу қондырғысының  термині одан кейінгі тұрған түсініктемеге  толық мағына береді және ГРЩ секцияларының, ИБП, дизель-генераторлы қондырғыларда, трансформаторлы бағыныңқы станциялар және т.с.с әртүрлі қорек көзі қосылған жағдайда қолданылады. Одан әрі  АҚҚ терминін қолданатын боламыз.

АҚҚ СГЭ-нің маңызды екінші элементін береді. АҚҚ-сыз негізгі  электржабдықтау қорек көзінің  бастартуы кезінде ДГУ-дағы қорек  көзінің автоматты ажырауын ұйымдастыру  мүмкін емес. Кейбір жағдайларда қолданылатын перекидные рубильниктер автоматты құрылғы болып саналмайды және қажетті қосуларды іске асыру үшін оперативті қызмет көрсету обьектісіндегі тұрақтылық болуын талап етеді. СГЭ интеллектуалды ғимараты үшін рубильниктердің қолданылуы пайдалы шешім болып табылмайды. Кейбір жағдайларда АҚҚ негізінде СБЭ құру кезіндегі ИБП негізіндегі шешім альтернативті болуы мүмкін. Нақты жағдайларда олар ДГУ-дан бас тартуға мүмкіндік береді.

АҚҚ-ның типтері төменде  қарастырылған.

Тиристорлы(электронды) АҚҚ (Static Transfer Switch, STS) синфазалы желілер кезінде қосудың минималды уақытын иемденеді- 3 мс кем емес, ал синфазалы емес желілерде ноль арқылы кіріс кернеуінің ауысу моментінде резервті кіріс қосылысын қамтамасыз етеді (жалғау кезіндегі ток жіберулерінің мүмкіндіктерін шектеу мақсатымен). Қондырылуы бойынша АҚҚ тиристорлары статикалық кілттердің минимум жұптарының болу айырмашылығымен ИБП статикалық байпасын қайталайды. STS нұсқасы ретінде қалдықты қосқыштар саналады.

Механикалық элементтердің схемада  болмауы  тиристорлы (электрондық ) АҚҚ-ң жоғарғы сенімділігін алуға  мүмкіндік береді. Сонымен қатар  жүктеме тоғының үлкен мәндерінде тиристорла АҚҚ-ң жылу бөлінуі бірнеше  киловаттқа жетеді. Екі кірістің өзара  мүмкін болатын қысқа тұйықталуынан  бүғатталу электронды ғана болуы  мүмкін, сонымен қатар Энергоқадағалау  ұйымы әдетте механикалық бүғаттауды талап етеді. Сонда АҚҚ немесе логикасы бойынша жұмыс істеу  керек. Бүғаттау электрлік (электрондық) сияқты механикалық құралдармен  де жүзеге асады. АҚҚ кірістерінің механикалық  бүғаттауына нормалық құжаттар талаптары  ескерілмейді және басқарушы құжаттарға сәйкес орнатылады.

АҚҚ-ң бір рет әсер етуі жүктеме қысқа тұйықталуы кезінде  оның қайта қосылуын жою үшін қажет.

Тиристорлы АҚҚ-ң құны сол қуаттағы электро-механикалық  аппараттарының құнынан екі есе  жоғары.

Жоғарыда аталғандай тиристорлы АҚҚ  ИБП альтернативасы сияқты қарастырылады. Екі жақты қоректену кезінде  өтудің аз уақыты тиристорлы АҚҚ-ны off-line түріндегі ИБП-ға жақындатады.Бірақ  қорек көздерінің резервтері  объект шекарасынан тыс орналасады және электроэнергияның сапасын  арттыру  қосымша шараларды талап етеді, мұндай жағдайда тиристорлы АҚҚ  кең  өрісте қолданылмады. Кейбір жағдайларда  тиристорлы АҚҚ-ны  ИБП және ДГУ-дан  немесе ИБП-ң әртүрлі топтарынан екі жақты қоректенуді ұйымдастыратын аумалы жүктемелерді резервтеу үшін қолданылады.

Контакторларда электромеханикалық АҚҚ көп тараған және электромеханикалық аппараттар арасында жоғарғы тез  әсер етуі болады. АҚҚ-ң екі кірістік және үш кірістік жағдайдағы схемасында қосымша контакторлардың электрлікке  механикалық  бүғаттауды ендіруге болады. Механикалық бүғаттау қарапайым  және сенімді  рычажды механизм негізінде  орындалады. Кірістер саны принципиалды түрде шектелмеген және контакторларды басқаратын автоматика жүйелерінің  жұмыс логикасымен анықталады. Үш кірісті АҚҚ  екі негізгі қорек  көзінен және резервті дизель-электро  станциясынан (ДЭС) жүктеменің қоректенуін  қамтамасыз етеді.

Екі кірістік негізіндегі  үш кірісті АҚҚ әдетте номиналды  токтарға 630 А-ге дейін орындалады. Бұл  басқарылатын сөндіргіштер және контактордың құрылымдық орындалуына байланысты. Үлкен 630 А ток болған кезде үш кірісті АҚҚ тікелей үш аппаратта  орындалады. Мұндағы механикалық  бүғаттау арнайы трассалы бүғатты механизмінен пайда болады.

Электрожетегі бар автоматты  сөндіргіштердегі электромеханикалық АҚҚ. Жоғарыдағыларға қарағанда  тез әсер етпейді және екі кірісті (рычажды бүғаттау) және үш кірісті (тросты бүғаттау) схемалар кезінде  механикалық және электрлік бүғаттауын жүзеге асыруды мүмкіндік береді. Кемшілігі ретінде күрделі электрлік  схеманы және  100 кВА-дан төмен  қуатта осы екі құрылғылардың  қымбаттылығын атауға болады.

  АҚҚ ерекшелігін біріне  екі кірістің арасындағы дағдарыстың  болуын және де желі кірістеріндегі  кедергіге қарамастан тәуелсіздігін  камтамассыздандыратын қолмен тең  конструкциялы басқаруды жатқызуға  болады. 100 кВА қуатты ауыстырып  қосатын басқарылатын  АҚҚ бағасы  автоматты өшірілетін және контакторлы  аппараттардан бағасы төмен.

   Барлық қарастырылған  АҚҚ түрлерінде ДЭС жұмысын  басқаратын схемасы және кідірілген  реттеуіш элементтері енгізілген, одан басқа кедергі деңгейін  бақылайтын реттеуіш функциясы  ескерілген .

АҚҚ жұмыс кірісіндегі  бақыланатын кедергі деңгейі  орнатылған деңгейден күрт төмендесе,онда автоматика оны кедергінің жоқтығы  сияқты деп санайды да ол кедергі  деңгейі жіберілген  ауқымындағы  кернеуге қайта қосудағы кіріске  бағыттайды. Генератор жұмысын басқару  ДГУ жіберу сигналын беру үшін қажет.

Келесі қорытындылар жасауға  болады:

− Электромеханикалық АҚҚ-ны қолдану тиімді, олар контакторларды автоматты басқарылатын ажыратқыштарда немесе электржетекті басқарылатын қоқыштарда орындалуы мүмкін;

− Бір-біріне екі кірістің тұйықталу мүмкіндігін ескермейтін  механикалық бүғаттаудың мүмкіндігінше  болуы.

 −ДЭС-ті резервті қорек  көзі ретінде қолдану кезінде  АҚҚ сұлбасы жұмысты басқару  үшін қажетті элементтерден құралуы  керек (ДЭС автоматты жіберілуі  мен тоқтатылуы, әртүрлі уақытша  параметрлерді реттеу мүмкіндігі, сонымен қатар желіге қайта  қосылу кідірісі, салқындату үшін  бос жүрістегі ДЭС-ң уақыты  және т.б.)

  −Үшқадамды схема  екі екіқадамды АҚҚ-ны тізбекті  жалғау жолымен жүзеге асуы  мүмкін

 −  Контакторлармен  автоматты басқару қосқыштарындағы  АҚҚ  үшқадамды ретінде жүзеге  асуы мүмкін (жалғанған элементтердің  аз санының есебінен қондырғының  жалпы құндылығын 20...30℅-ке азайтады), бірақ ол кезде үш кіріс  арасында толық механикалық бүғаттауды  қамтамасыз ету мүмкін емес.

 

Тиристорлардың  классификациясы.

Бұл классификация әріптік, сандық код жүйесі арқылы анықталады. Барлығы 9- элементтен тұрады.

 

1.Әріп немесе әріптер:  прибордың түрін білдіреді.

Т- тиристор

ТЛ- лавинді тиристор

ТС- симетриялық тиристор (симистор)

ТО- опто тиристор

ТЗ- жабылмалы тиристор

ТБК- кешенді ажыратылмалы тиристор

ТД- диод тиристор (динистор)

2. Әріп - ол тиристордың  комутациялық сипаттамасын білдіреді.

Б- тез әрекетті

И- импульсті

Ч- жилікті

3. Сан- 1-9 арасы, реттік  номерін білдіреді.

4. Сан- 1-9 арасы, прибордың  корпус пішінін білдіреді.

5. Сан- 0-5 арасы, конструкциялық құрылымын білдіреді.

6. Сан- максималды тоқ  шамасын білдіреді.

7. Әріп- х элементі. Кері  полярлықта жұмыс істейтіндігін  білдіреді.

8. Сан- тиристордың жабық  күйіндегі импульстік кернеуінің  мәні.