Тиристорные ключи

В качестве силовых ключей в аппаратах применяют однооперационные тиристоры SCR (Silicon Controiled Rectifier) и двухоперационные (запираемые) тиристоры GTO (Gate – turn – off).

Основной особенностью тиристора является наличие на вольт-амперной характеристике (см. рис. 6.10) участка (2) с отрицательным дифференциальным сопротивлением и, как следствие, работа тиристора в режиме переключения.

Перевод тиристора из закрытого состояния (участок 1 на ВАХ) в открытое состояние (участок 3 на ВАХ) может осуществляться внешним воздействием на прибор: изменением напряжения u_пр между анодом и катодом; током упрвления i_уп или световым потоком. По ВАХ тиристора и по нагрузочной прямой можно выделить точки, характеризующие работу прибора:

U_пер – напряжение переключения (при подаче напряжения на прибор в прямом направлении, равного или превышающего U_пер, тиристор переходит из непроводящего состояния в проводящее состояние);

I_пер - ток переключения (прямой ток, протекающий через прибор непосредственно перед переключением его в проводящее состояние при напряжении U_пер);

I_выкл - ток выключения (при уменьшении тока через прибор до значения I_выкл или ниже тиристор переходит в непроводящее состояние);

I_пр.тах – максимальный прямой ток;

∆U_пр - прямое падение напряжения на тиристоре при протекании через него максимального прямого тока.

Тиристоры используются как выключатели и как импульсные регуляторы мощности, передаваемой электроприемнику от источника.

Разновидности тиристоров, используемых в качестве силовых ключей, приведены на рис. 6.11.

В тиристорных ключах применяют полупроводниковые приборы различных типов:

асимметричные тиристоры, в которых обычный тиристор интегрально объединен с встречновключенным силовым диодом, обеспечивающим протекание встречного для тиристора тока (рис. 6.11а);

симисторы - объединенные конструктивно пары встречновключенных тиристоров (рис. 6.11б). Вольт-амперная характеристика симистора (симметричного тиристора) аналогична ВАХ, показанной на рис. 6.10, но она симметрична относительно начала координат (в третьем квадранте располагаются такие же ветви ВАХ, как и в первом квадранте);

диодные тиристоры (динисторы), включаемые импульсом прямого напряжения (рис. 6.11в);

оптотиристоры, управляемые световым потоком (рис. 6.11г);

двухоперационные (запираемые) тиристоры (рис. 6.11д).

Запираемые тиристоры созданы с целью устранения неполной управляемости обычных тиристоров. Один из важнейших параметров двухоперационного тиристора – коэффициент отключения по току К_I(выкл), равный отношению выключаемого тока I_{пр(выкл)} в анодной цепи к соответствующему значению тока I_{уп(выкл)} в цепи управления, который вызывает переход тиристора из открытого состояния в закрытое состояние.

Среди двухоперационных тиристоров выделяют следующие типы:

запираемый тиристор GTO (Gate – turn – off), переключаемый в проводящее состояние и наоборот путем подачи на управляющий электрод сигналов соответствующей полярности;

тиристор GCT (Gate commutated thyristor), коммутируемый по управляющему электроду, отличающийся наличием интегральной схемы управления;

тиристор МСТ (MOS-control thyristor), содержащий два полевых транзистора, один из которых обеспечивает процесс включения, подавая импульс тока на управляющий электрод, а другой – аналогично – процесс выключения тиристора.

Тиристоры применяют в мощных ключах, поскольку они способны коммутировать цепи напряжением до 10 кВ с токами до 10 кА. Частота коммутации для наиболее мощных тиристорных ключей обычно не превышает 1 кГц. Современные образцы МСТ показывают способности коммутировать мощности выше 10 МВт при частоте 10 кГц.