принцип работы и виды, основные характеристики, способы проверки мультиметром и схемы пробников

Широкое применение в электронике и радиотехнике получило электронное регулирование параметров питания в различных цепях переменного тока при помощи симистора. Бывают случаи, когда он выходит из строя и возникает необходимость правильной проверки на предмет исправности. Для того чтобы это сделать, необходимо знать его принцип работы, предназначение и способы проверки мультиметром и другими приборами.

Что это за устройство, его обозначение

Симистор — это симметричный тиристор. В англоговорящих странах используется название triak, встречается и у нас транслитерация этого названия — триак. Понять принцип его работы несложно, если знаете как работает тиристор. Если коротко, тиристор пропускает ток только в одном направлении. И в этом он похож на диод, но ток проходит только при появлении сигнала на управляющем выводе. То есть, ток проходит только при определенных условиях. Прекращается его «подача» при снижении силы тока ниже определенного значения или разрывом цепи (даже кратковременным). Так как симистор, по сути, двусторонний тиристор, при появлении управляющего сигнала он пропускает ток в обоих направлениях направления.

В открытом состоянии симистор проводит ток в обоих направлениях.

На схеме он изображается как два включенных навстречу друг на другу тиристора с общим управляющим выводом.

Внешний вид симистора и его обозначение на схемах

Симистор имеет три вывода: два силовых и один управляющий. Через силовые выводы можно пропускать ток высокого напряжение, на управляющий подаются низковольтные сигналы. Пока на управляющем выводе не появится потенциал, ток не будет протекать ни в одном направлении.

Характеристики

Симистор имеет несколько параметров, которые можно расположить по порядку убывания важности (лучше сказать, частоты использования) следующим образом:

• Напряжение обратного пробоя, Uобр, В;
• Напряжение закрытого состояния, Uзс, В;
• Ток открытого состояния средний, Iос, А;
• Время включения, tвк, мкс;
• Время выключения, tвык, мкс;
• Ток открытого состояния импульсный, Iос, А;
• Ток закрытого состояния, Iзс, мА;
• Обратный ток, Iобр, мА;
• Напряжение открытого состояния, Uос, В;
• Управляющее напряжение, Uупр, В;
• Ток управления, Iупр, мА;
• Скорость нарастания напряжения, dU/dt, В/мкс;
• Скорость нарастания тока, dI/dt, А/мкс.

Вольт-амперная характеристика триака

Обратите внимание! Параметр «напряжение обратного пробоя» означает максимальное напряжение, которое способен выдержать симистор или тринистор без выхода из строя. Напряжение закрытого состояния характеризует только динисторный эффект.

Где используется и как выглядит

Чаще всего симистор используется для коммутации в цепях переменного тока (подачи питания на нагрузку). Это удобно, так как при помощи напряжения малого номинала можно управлять высоковольтным питанием. В некоторых схемах ставят симистор вместо обычного электромеханического реле. Плюс очевиден — нет физического контакта, что делает включение питания более надежным. Второе достоинство — относительно невысокая цена. И это при значительном времени наработки и высокой надежности схемы.

Минусы тоже есть. Приборы могут сильно нагреваться под нагрузкой, поэтому необходимо обеспечить отвод тепла. Мощные симисторы (называют обычно «силовые») монтируются на радиаторы. Еще один минус — напряжение на выходе симистора пилообразное. То есть подключаться может только нагрузка, которая не предъявляет высоких требований к качеству электропитания. Если нужна синусоида, такой способ коммутации не подходит.

Заменить симистор можно двумя тиристорами. Но надо правильно подобрать их по параметрам, да и схему управления придется переделывать — в таком варианте управляющих вывода два

По внешнему виду отличить тиристор и симистор нереально. Даже маркировка может быть похожей — с буквой «К». Но есть и серии, у которых название начинается с «ТС», что означает «тиристор симметричный». Если говорить о цоколевке, то это то, что отличает тиристор от симистора. У тиристора есть анод, катод и управляющий вывод. У симистора названия «анод» и «катод» неприменимы, так как вывод может быть и катодом, и анодом. Так что их обычно называют просто «силовой вывод» и добавляют к нему цифру. Тот который левее — это первый, который правее — второй. Управляющий электрод может называться затвором (от английского слова Gate, которым обозначается этот вывод).

Тестирование

У каждого радиолюбителя есть свои способы проверить симистор. Для этого можно использовать специальные приборы или подручные материалы. Главное – знать, как проверить правильно прибор на основе принципа его работы.

Способ №1

Самый простой способ – это протестировать симистор омметром. Для этого необходимо катод детали соединить с отрицательным контактом омметра, анод с положительным контактом. А затем закоротить анод с управляющим электродом. На самом омметре необходимо выставить единицу (х1). Если при этом стрелка покажет сопротивление прибора в пределах 15-50 Ом, можно считать, что симистор цел и пригоден для установки в любой радиоприбор.

Но тут есть один важный момент. Если в таком положении с анода убрать все контакты, и показания сопротивления при этом не изменятся, то это подтверждает целостность детали. Если стрелка начнет отклоняться к нулю, то выбросите симистор в мусор.

Способ №2

Конечно, можно придумать большое количество различных приборов, с помощью которых провести проверку симистра будет несложно. Но для этого придется прикладывать усилия и тратить свое время на сборку, хотя для многих это будет в удовольствие. Для примера приводим одну из схем такого тестового устройства, вот она на рисунке снизу.

Схема подключения данного прибора к симистру точно такая же, как и в случае с тестированием при помощи омметра. Но в этом устройстве установлен светодиод (HL1). Так вот при подаче напряжения на симистор через кнопку (ключ) световой источник должен загореться. А это говорит об исправности детали.

Обратите внимание на резисторы. Их сопротивления рассчитывается под номинальное напряжение. Практика показала, что сопротивление в диапазоне 9-12 Ом достаточная величина.

Принцип работы симистора

Давайте разберем, как работает симистор на примере простой схемы, в которой переменное напряжение подается на нагрузку через электронный ключ на базе этого элемента. В качестве нагрузки представим лампочку — так удобнее будет объяснять принцип работы.

Схема реле на симисторе (триаке)

В исходном положении прибор находится в запертом состоянии, ток не проходит, лампочка не горит. При замыкании ключа SW1 питание подается на на затвор G. Симистор переходит в открытое состояние, пропускает через себя ток, лампочка загорается. Поскольку схема работает от сети переменного напряжения, полярность на контактах симистора постоянно меняется. Вне зависимости от этого, лампочка горит, так как прибор пропускает ток в обоих направлениях.

При использовании в качестве питания источника переменного напряжения, ключ SW1 должен быть замкнуть все время, пока необходимо чтобы нагрузка была в работе. При размыкании контакта во время очередной смены полярности цепь разрывается, лампочка гаснет. Зажжется она снова только после замыкания ключа.

Если в той же схеме использовать источник постоянного тока, картина изменится. После того как ключ SW1 замкнется, симистор откроется, потечет ток, лампочка загорится. Дальше этот ключ может возвращаться в разомкнутое состояние. При этом цепь питания нагрузки (лампочки) не разрывается, так как симистор остается в открытом состоянии. Чтобы отключить питание, надо либо понизить ток ниже величины удержания (одна из технических характеристик), либо кратковременно разорвать цепь питания.

Электромеханические ключи

Для коммутации в электрических схемах используются ключи различного типа:

• механические;
• электромеханические;
• электронные.

К электромеханической группе относятся реле или контакторы. Замыканием и размыканием контактов управляет электромагнит. На катушку электромагнита подается управляющее напряжение, которое может быть как постоянным, так и переменным. Механические контакты реле могут коммутировать практически любые токи. Сопротивление контактной пары ничтожно, падение напряжения на контактах практически отсутствует. Нет потерь мощности при коммутации нагрузок, хотя есть потери на питание управляющей катушки.

Огромным преимуществом контакторов является то, что цепи нагрузки и управления электрически изолированы.

Недостатков тоже немало:

• Ограниченно число переключений. Контакты изнашиваются;
• Возникновение электрической дуги при размыкании — искрение контактов. Приводит к электроэрозии и недопустимо во взрывоопасных средах;
• Низкое быстродействие.

Там, где применение контакторов невозможно или нецелесообразно, применяют электронные ключи.

Скорее всего, Вам пригодится информация о том, как выбрать стабилизатор напряжения 220 вольт.

Сигналы управления

Управляется симистор не напряжением, а током. Для открытия на затвор надо подать ток определенного уровня. В характеристиках указан минимальный ток открывания — вот это и есть нужная величина. Обычно ток открывания совсем небольшой. Например, для коммутации нагрузки на 25 А, подается управляющий сигнал порядка 2,5 мА. При этом, чем выше напряжение, подаваемое на затвор, тем быстрее открывается переход.

Схема подачи напряжения для управления симистором

Чтобы перевести симистор в открытое состояние, напряжение должно подаваться между затвором и условным катодом. Условным, потому что в разные моменты времени, катодом является то один силовой выход, то другой.

Полярность управляющего напряжения, как правило, должна быть либо отрицательной, либо должна совпадать с полярностью напряжения на условном аноде. Поэтому часто используется такой метод управления симистором, при котором сигнал на управляющий электрод подаётся с условного анода через токоограничительный резистор и выключатель. Управлять симистором часто удобно, задавая определённую силу тока управляющего электрода, достаточную для отпирания. Некоторые типы симисторов (так называемые четырёхквадрантные симисторы) могут отпираться сигналом любой полярности, хотя при этом может потребоваться больший управляющий ток (а именно, больший управляющий ток требуется в четвёртом квадранте, то есть когда напряжение на условном аноде имеет  отрицательную полярность, а на управляющем электроде —  положительную).

Применение

Этот тип полупроводниковых элементов первоначально предназначался для применения в производственной сфере, например, для управления электродвигателями станков или других устройств, где требуется плавная регулировка тока. Впоследствии, когда техническая база позволила существенно уменьшить размеры полупроводников, сфера применения симметричных тринисторов существенно расширилась. Сегодня эти устройства используются не только в промышленном оборудовании, а и во многих бытовых приборах, например:

• зарядные устройства для автомобильных АКБ;
• бытовое компрессорное оборудования;
• различные виды электронагревательных устройств, начиная от электродуховок и заканчивая микроволновками;
• ручные электрические инструменты (шуроповерт, перфоратор и т.д.).

И это далеко не полный перечень.

Одно время были популярны простые электронные устройства, позволяющие плавно регулировать уровень освещения. К сожалению, диммеры на симметричных тринисторах не могут управлять энергосберегающими и светодиодными лампами, поэтому эти приборы сейчас не актуальны.

Как проверить симистор

Привычка проверять все элементы пред пайкой приходит с годами. Проверить симистор можно при помощи мультиметра и при помощи небольшой проверочной схемы с батарейкой и лампочкой. В любом случае надо сначала разобраться, как располагаются выводы на вашем приборе. Сделать это можно по цоколевке каждой конкретной серии. Для этого в поисковик забиваем маркировку, которая есть на корпусе. В некоторых случаях можно добавить «цоколевка». Если есть русскоязычные описания, будет несколько проще. Если на русском информации нет, придется искать в интернете. Заменяем слово «цоколевка» словом «datasheet». Иногда можно ввести русскими буквами «даташит». В переводе это «техническая спецификация». По имеющимся в описании таблицам и рисункам легко понять, где расположены силовые выходы (T1 и T2), а где затвор (G).

Пример цоколевки. Все можно понять и без знания языка

С мультиметром

Проверка мультиметром симистора основана на принципе его работы. Берем обычный мультиметр, ставим его в положение прозвонки. Силовые выходы между собой должны звониться в обоих направлениях. Прикасаемся щупами к выходам Т1 и Т2. На экране должны высвечиваться цифры. Это сопротивление перехода. Если поменять щупы местами, сопротивление может измениться, но ни обрыва, ни короткого быть не должно.

Проверяем мультиметром

Зато между затвором и силовыми выходами должен быть «обрыв» (бесконечно большое сопротивление). То есть, «звониться» они не должны при любом расположении щупов. Проверив сопротивление между разными выводами, можно сделать вод о работоспособности симистора.

С лампочкой и батарейкой

Для проверки симистора без мультиметра придется собрать простенькую проверочную схему с питанием от девятивольтовой батарейки «Крона». Нужны будут три провода длиной около 20 см. Провода желательно гибкие, многожильные. Проще, если они будут разных цветов. Лучше всего красный, синий и любой другой. Пусть будет желтый. Синий разрезаем пополам, припаиваем лампочку накаливания на 9 В (или смотрите по напряжению, которое выдает ваша батарейка). Один кусок провода на резьбу, другой — на центральный вывод с нижней части цоколя. Чтобы работать было удобнее, на каждый провод лучше припаять «крокодилы» — пружинные зажимы.

Как проверить симистор без мультиметра

Собираем схему. Подключаем провода в таком порядке:

• Красный одним концом на плюс кроны, вторым — на вывод Т1.
• Синий — на минус кроны и на Т2.
• Желтый провод одним краем цепляем к затвору G.

После того как собрали схему, лампочка не должна гореть. Если она горит, симистор пробит. Если не горит, проверяем дальше. Свободным концом желтого провода кратковременно прикасаемся к Т2. Лампочка должна загореться. Это значит, что симметричный тиристор открылся. Чтобы его закрыть, надо коснуться проводом вывода Т1. Если все работает, прибор исправен.

Почему тиристор не остался в открытом состоянии?

Ситуация заключается в следующем — мультиметр не вырабатывает достаточное количество тока для того, что бы сработал тиристор. Исходя из этого, провести проверку данного элемента не выйдет. Но сама проверка показала, что остальные детали у нас в рабочем состоянии. Если же поменять полярность — проверка закончится провалом. В данной ситуации мы уверены,что отсутствует обратный пробой.

Так же при помощи аппарата, можно легко проверить чувствительность тиристора. Для этого нужно поставить переключатель в режим омметра. Все измерения проходят так же, как описывалось выше.

Тиристоры которые более чувствительны выдерживают открытое состояние при отключении управляющего тока, все данные мы фиксируем на мультиметре. Затем повышаем предел до 10х. В этой ситуации ток на щупах будет уменьшен.

Если управляющий ток при закрытии, отказывает, нужно постепенно увеличить предел измерения, до тех пор, пока не сработает тиристор.

Если проверка проходит элементов из одной партии или со схожими техническими характеристиками, нужно выбирать те элементы, которые более чувствительны. Такие тиристоры более функциональны и имеют больше возможностей, из этого следует что область применения в разы увеличивается.

Когда вы освоите проверку тиристора, то решение проверки симистора придет само. Главное вникнуть в суть проверки, и четко следовать инструкциям.

Как избежать ложных срабатываний

Так как для срабатывания симистора достаточно небольшого потенциала, возможны ложные срабатывания. В некоторых случаях они не страшны, но могут привести и к поломке. Поэтому лучше заранее принять меры. Есть несколько способов уменьшить вероятность ложных включений:

• Уменьшить длину линии к затвору, соединять цепь управления — затвор и Т1 — напрямую. Если это невозможно, использовать экранированный кабель или витую пару.
• Снизить чувствительность затвора. Для этого параллельно ставят сопротивление (до 1 кОм).

  Практически во всех схемах с симисторами в цепи затвора есть резистор, уменьшающий чувствительность прибора

• Использовать триаки с высокой шумовой устойчивостью. В маркировке у них добавлена буква «Н», от «нечувствительный». Называют их «симисторы ряда «Н». Отличаются они тем, что минимальный ток перехода у них намного выше. Например, симистор BT139-600H имеет ток перехода IGT min =10mA.

Как уже говорили, симистор управляется током. Это дает возможность подключать его напрямую к выходам микросхем. Есть одно ограничение — ток не должен превышать максимально допустимый. Обычно это 25 мА.

Что такое симистор, и чем он отличается от классических тиристоров?

Симистор (или «триак») – особая разновидности триодного симметричного тиристора. Главное преимущество – способность проводить ток на рабочих p-n переходах в обоих направлениях. Это позволяет использовать радиоэлемент в системах с переменным напряжением.

Принцип работы и конструктивное исполнение такое же, как у остальных тиристоров. При подаче управляющего тока p-n переход отпирается, и остается открытым до снижения величины рабочего тока.

Популярное применение симисторов – регуляторы напряжения для систем освещения и бытового электроинструмента.

Работа этих радиокомпонентов напоминает принцип действия транзисторов, однако детали не являются взаимозаменяемыми.

Рассмотрев, что такое тиристор и симистор, мы с вами научимся, как проверять эти детали на работоспособность.

Особенности монтажа

Так же как и тиристоры, симисторы при работе греются, поэтому при сборке необходимо обеспечивать отвод тепла. Если нагрузка маломощная или питание импульсное (кратковременное подключение на промежуток менее 1 сек) допускается монтаж без радиатора. В остальных случаях необходимо обеспечить качественный контакт с охлаждающим устройством.

Есть три способа фиксации симистора на радиаторе: клепка, на винте и на зажиме. Первый вариант при самостоятельном монтаже не рекомендуется, так как существует высокая вероятность повреждения корпуса. Наиболее простой способ монтажа в домашних условиях — винтовой.

Порядок монтажа симистора

Перед тем, как начинают монтаж, осматривают корпус прибора и радиатора (охладителя) на предмет царапин и сколов. Их быть не должно. Затем поверхность протирают от загрязнений чистой ветошью, обезжиривают, накладывают термопасту. После чего вставляют в отверстие с резьбой в радиаторе и зажимают шайбу. Крутящий момент должен быть 0. 55Nm- 0.8Nm. То есть, необходимо обеспечить должный контакт, но перетягивать тоже нельзя, так как есть риск повредить корпус.

Схема регулятора мощности для индуктивной нагрузки на симисторе

Обратите внимание, что монтаж симистора производится до пайки. Это снижает механическую нагрузку на отводы прибора. И еще: при установке следите за тем, чтобы корпус плотно прижимался к охладителю.

Какими свойствами обладает тиристор

Если провести полный анализ структуры тиристора, то можно найти в ней три перехода (электронно-дырочных). Следовательно, можно составить эквивалентную схему на полупроводниковых транзисторах (полярных, биполярных, полевых) и диодах, которая позволит понять, как ведет себя тиристор при отключении питания электрода управления.

В том случае, когда относительно катода анод положительный, диод закрывается, и, следовательно, тиристор тоже ведет себя аналогично. В случае смены полярности оба диода смещаются, тиристор также запирается. Аналогичным образом функционирует и симистор.

Принцип работы на пальцах, конечно, объяснить не очень просто, но мы попробуем сделать это далее.

Предварительная подготовка

Подобный измерительный прибор получил широкое распространение: применяется для определения различной информации. Предварительная подготовка предусматривает расшифровку спецификации, для чего достаточно рассмотреть маркировку на полупроводниковом изделии.

После определения типа изделия и цоколевки можно приступить к тесту пробоя при помощи мультиметра. В большинстве случаев проводится проверка на пробой, для чего изделие можно оставить на плате, поэтому на этом этапе не требуется паяльник.

Способы проверки

При выходе из строя какого-либо устройства необходимо прозвонить элементы и заменить сгоревшие, причем необязательно выпаивать триак из схемы. Проверка симистора мультиметром аналогична проверке тиристора мультиметром в схеме не выпаивая. Сделать это довольно просто, но этот метод не даст точного результата.

Как проверить тиристор ку202н мультиметром: необходимо освободить УЭ. Как проверить симистор мультиметром не выпаивая: необходимо освободить его УЭ (выпаять или выпаять деталь — одним словом, отделить устройство от всей схемы) и произвести измерения мультиметром на предмет пробитого перехода. Для проверки необходимо использовать стрелочный тестер. Этот метод является более точным, так как ток, генерируемый тестером способен открыть переход. Нужно найти информацию о симисторе и приступить к проверке:

1. Подключить щупы к выводам T1 и T2.
2. Установить кратность х1.
3. Только при показании бесконечного сопротивления деталь исправна, а во всех остальных случаях — пробита.
4. При положительном результате (бесконечное сопротивление) соединить вывод Т2 и управляющий. В результате R падает до 20..90 Ом.
5. Сменить полярность прибора и повторить 3 и 4.

Этот метод является более точным, чем предыдущий, но не дает полной гарантии определения исправности полупроводникового прибора. Для этих целей существуют специальные схемы, которые можно собрать самостоятельно.

Источник: pochini.guru

Блиц-советы

Рекомендации:

1. Перед тем как проверять тиристор, следует внимательно ознакомиться с техническими характеристиками данного устройства. Эти знание помогут быстрей и эффективней проверить тиристор.
2. Обычные, стандартные устройства для измерения (омметр, тестер, мультиметр) хорошо зарекомендовали себя для проверки тиристора, но современные приборы, дадут информацию намного точней. К тому же их гораздо легче использовать.
3. Во избежание неприятных ситуаций все схемы должны собираться в точности.
4. В работе с любыми диодными устройствами, включая тиристоры, нужно соблюдать технику безопасности.

Защита тиристора:

Тиристоры действуют на скорость увеличение прямого тока. В тиристорах обратный ток восстановления. Если этот ток упадет до низшего значения, может возникнуть перенапряжение. Чтобы предотвратить перенапряжения используются схемы ЦФТП. Также для защиты используют варисторы, их подключают к местам, где выводы индуктивной нагрузки.

Самодельный пробник

Простейший вариант исполнения представлен сочетанием только лампочки и батарейки, но он неудобен в применении. Более сложная схема позволяет протестировать устройство при подаче постоянного или переменного тока.

Схема самодельного пробника представлена сочетанием следующих элементов:

1. Лампочка небольшого размера с показателями 0,3 А и 6,3 В.
2. Трансформатор со вторичной обмоткой 6,3 В. Рекомендуется использовать вариант исполнения ТН2.
3. Диод выпрямительного типа с обратным напряжением около 10 Вольт и сопротивлением не менее 300 мА. Примером можно назвать вариант исполнения Д226.
4. В схему также включается конденсатор, емкость которого составляет 1000 мкФ. Устройство должно быть рассчитано на напряжение 16 В.
5. Создается сопротивление с номиналом 47 Ом.
6. Предохранитель на 0,5 А. При применении мощного силового трансформатора следует повысить номинал предохранителя.

Самодельная конструкция может иметь компактные размеры. При необходимости все элементы можно собрать в защитном корпусе, за счет чего прибор можно будет использовать постоянно и транспортировать к месту проверки.

Простой испытатель тиристоров и тринисторов

немудреный испытатель тиристоров и симисторов В нынешней статье представлен немудреный прибор, спрашивающий для своего создания положительно чуток деталей. С его поддержкой можно прытко проверить работоспособность тиристоров и симисторов.  Отдельно взятый транзистор можно проверить на функционирование с поддержкой простого аналогового омметра. Проверить тиристор или симистор несколько сложнее. тут представлено описание схемы устройства, с поддержкой какого можно проверить и оценить основные параметры как тиристоров, эдак и симисторов. Прежде, чем приступить к описанию схемы испытателя, рассмотрим немногословно, что же экое тиристор и симистор.  Тиристор – управляемый диод. В течении запирания (как и сквозь всегдашний диод) ток не протекает, эдак что на катоде (отмеченном на схемах остриём стрелки), сравнительно анода, усилие обладает позитивный знак. Меняем полярность приложенного к тиристору усилия (плюс – к аноду, минус — катоду), а он и не полагает открываться, в отличие от диода, тиристор всё ещё прикрыт, заперт. Стоит сейчас подать обнаруживающее усилие (которое, в свою очередность призовет открывающий ток) на распоряжающийся электрод, что тиристор моментально открывается (ток нарастает очень прытко, ходит нрав удара, пробоя). сейчас, если даже припрятать управляющий ток из цепи правящего электрода, тиристор останется в коротающем состоянии до тех пор, доколе, протекающий сквозь него ток, уменьшится до величины меньшей некоторого определённого значения, именуемой током закрывания или током прерывания: тиристор закроется. сейчас тиристор можно отворить единственно новоиспеченной порцией тока в цепи управляющего электрода. Симистор – не что иное, что сдвоенный тиристор: два тиристора, включенных параллельно товарищ корешу, единственно “навстречу” и с одним общим управляющим электродом, позволяющим изготавливать управление током (токами), текущим(и) в обоих течениях (переменным током). В необходимый момент времени, на управляющий электрод симистора подаётся импульс тока и симистор открывается. Когда (переменный) ток уменьшается, переходит сквозь нуль, чтоб переменить затем свою полярность, симистор автоматически закрывается. сейчас, единственно вытекающий импульс тока в цепи управляющего электрода распахнет симистор.  Представленная тут схема тестера позволяет пробовать только вышеназванные функции тиристоров и симисторов. Если переключатель 1 будет в положении, указанном на схеме Рис.1, то конденсатор С2 заряжается сквозь резистор 2 до усилия, задушевного к напряжению батареи питания. Конденсатор С1 разряжен, эдак что диод 1 в этом течении ток не проводит, заперт. Если тиристор подключен эдак, что показано на схеме (Рис. 1), то светодиоды 6 не будут светиться. Стоит теперь кратковременно нажать на кнопку 2, что в цепи правящего электрода тиристора, через резистор 5, потечёт распоряжающийся ток, кой приведёт к открыванию тиристора. Зажжётся светодиод 4. Светодиод 6 останется потушенным, поскольку диод 5 включен в непроводящем течении. Если сейчас кратковременно выключить 1 (перевести переключатель в соседнее “холостое” положение), чтобы переключить его в иное теза (для смены полярности, например), что сразу погаснет 4. Коротким нажатием на кнопку 5 на распоряжающийся электрод тиристора. Этот импульс теперь не должен повергнуть к открыванию тиристора, эдак что, завершающий подключен к источнику питания в непроводящем (запирающем тиристор) течении (из-за смены полярности).  Поведение симистора, в этом случае, выделяется от поведения тиристора: симистор и в этом случае, откроется, будет коротать ток. В подчиненности от того, какую полярность будет иметь питающее усилие, симистор будет открываться при нажатии на кнопки 1. бесспорно же, после смены полярности питающего усилия, вытекает чуток пообождать, чтоб поспели зарядиться соответствующие конденсаторы, а уж засим жать на кнопки. С2 заряжается единственно в показанном на схеме (Рис.1) положении переключателя 1, С1 — единственно в исподнем по схеме его положении.  В соответствие с принципиальной схемой, размещайте детали устройства на монтажной плате. Особенностей монтажа нету, эдак что нету сердцещипательных (к наводкам и т. п.) элементов. Конструкция выполнена эким образом, что совместно с батареей питания помещается в небольшом корпусе. Три вывода для подключения тестируемых тиристоров или симисторов выполнены гибким изолированным проводом с использованием зажимов (например, фрукта “крокодил”).

Управление мощной нагрузкой переменного тока

Тиристор

Иногда нужно слабым сигналом с микроконтроллера включить мощную нагрузку, например лампу в комнате. Особенно эта проблема актуальна перед разработчиками умного дома. Первое что приходит на ум — реле. Но не спешите, есть способ лучше 🙂

В самом деле, реле это же сплошной гемор. Во первых они дорогие, во вторых, чтобы запитать обмотку реле нужен усиливающий транзистор, так как слабая ножка микроконтроллера не способна на такой подвиг. Ну, а в третьих, любое реле это весьма громоздкая конструкция, особенно если это силовое реле, расчитанное на большой ток.

Если речь идет о переменном токе, то лучше использовать симисторы или тиристоры. Что это такое? А сейчас расскажу.

Симистор BT139

Схема включения из даташита на MOC3041

Если на пальцах, то тиристор похож на диод, даже обозначение сходное. Пропускает ток в одну сторону и не пускает в другую.

Но есть у него одна особенность, отличающая его от диода кардинально — управляющий вход.
Если на управляющий вход не подать ток открытия, то тиристор не пропустит ток даже в прямом направлении. Но стоит подать хоть краткий импульс, как он тотчас открывается и остается открытым до тех пор, пока есть прямое напряжение. Если напряжение снять или поменять полярность, то тиристор закроется. Полярность управляющего напряжения предпочтительно должна совпадать с полярностью напряжения на аноде.

Если соединить встречно параллельно два тиристора, то получится симистор — отличная штука для коммутации нагрузки на переменном токе.

На положительной полуволне синусоиды пропускает один, на отрицательной другой. Причем пропускают только при наличии управляющего сигнала. Если сигнал управления снять, то на следующем же периоде оба тиристора заткнутся и цепь оборвется. Крастота да и только. Вот ее и надо использовать для управления бытовой нагрузкой.

Но тут есть одна тонкость — коммутируем мы силовую высоковольтную цепь, 220 вольт. А контроллер у нас

низковольтный, работает на пять вольт. Поэтому во избежание эксцессов нужно произвести потенциальную развязку. То есть сделать так, чтобы между высоковольтной и низковольтной частью не было прямого электрического соединения. Например, сделать оптическое разделение. Для этого существует специальная сборка — симисторный оптодрайвер MOC3041. Замечательная вещь!
Смотри на схему подключения — всего несколько дополнительных деталек и у тебя силовая и управляющая часть разделены между собой. Главное, чтобы напряжение на которое расчитан конденсатор было раза в полтора два выше напряжения в розетке. Можно не боятся помех по питанию при включении и выключении симистора. В самом оптодрайвере сигнал подается светодиодом, а значит можно смело зажигать его от ножки микроконтроллера без всяких дополнительных ухищрений.

Вообще, можно и без развязки и тоже будет работать, но за хороший тон считается всегда делать потенциальную развязку между силовой и управляющей частью. Это и надежность и безопасность всей системы. Промышленные решения так просто набиты оптопарами или всякими изолирующими усилителями.

Ну, а в качестве симистора рекомендую BT139 — с хорошим радиатором данная фиговина легко протащит через себя ток в 16А

Тиристоры для чайников / Хабр

Добрый вечер хабр. Поговорим о таком приборе, как тиристор. Тиристор — это полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три или больше взаимодействующих выпрямляющих перехода. По функциональности их можно соотнести к электронным ключам. Но есть в тиристоре одна особенность, он не может перейти в закрытое состояние в отличие от обычного ключа. Поэтому обычно его можно найти под названием — не полностью управляемый ключ.

На рисунке представлен обычный вид тиристора. Состоит он из четырех чередующихся типов электро-проводимости областей полупроводника и имеет три вывода: анод, катод и управляющего электрод.
Анод — это контакт с внешним p-слоем, катод — с внешним n-слоем.
Освежить память о p-n переходе можно тут.

Классификация

В зависимости от количества выводов можно вывести классификацию тиристоров. По сути все очень просто: тиристор с двумя выводами называется динисторами (соответственно имеет только анод и катод). Тиристор с тремя и четырьмя выводами, называются триодными или тетродными. Также бывают тиристоры и с большим количеством чередующихся полупроводниковых областей. Одним из самых интересных является симметричный тиристор (симистор), который включается при любой полярности напряжения.

Принцип работы

Обычно тиристор представляют в виде двух транзисторов, связанных между собой, каждый из которых работает в активном режиме.

В связи с таким рисунком можно назвать крайние области — эмиттерными, а центральный переход — коллекторным.
Чтобы разобраться как работает тиристор стоит взглянуть на вольт-амперную характеристику.

К аноду тиристора подали небольшое положительное напряжение. Эмиттерные переходы включены в прямом направлении, а коллекторный в обратном. (по сути все напряжение будем на нем). Участок от нуля до единицы на вольт-амперной характеристике будет примерно аналогичен обратной ветви характеристики диода. Этот режим можно назвать — режимом закрытого состояния тиристора.
При увеличении анодного напряжения происходит происходит инжекция основных носителей в области баз, тем самым происходит накопление электронов и дырок, что равносильно разности потенциалов на коллекторном переходе. С увеличением тока через тиристор напряжение на коллекторном переходе начнет уменьшаться. И когда оно уменьшится до определенного значения, наш тиристор перейдет в состояние отрицательного дифференциального сопротивления (на рисунке участок 1-2).
После этого все три перехода сместятся в прямом направлении тем самым переведя тиристор в открытое состояние (на рисунке участок 2-3).
В открытом состоянии тиристор будет находится до тех пор, пока коллекторный переход будет смещен в прямом направлении. Если же ток тиристора уменьшить, то в результате рекомбинации уменьшится количество неравновесных носителей в базовых областях и коллекторный переход окажется смещен в обратном направлении и тиристор перейдет в закрытое состояние.
При обратном включении тиристора вольт-амперная характеристика будет аналогичной как и у двух последовательно включенных диодов. Обратное напряжение будет ограничиваться в этом случае напряжением пробоя.

Общие параметры тиристоров

1.

Напряжение включения

— это минимальное анодное напряжение, при котором тиристор переходит во включенное состояние.

2.

Прямое напряжение

— это прямое падение напряжения при максимальном токе анода.

3.

Обратное напряжение

— это максимально допустимое напряжение на тиристоре в закрытом состоянии.

4.

Максимально допустимый прямой ток

— это максимальный ток в открытом состоянии.

5.

Обратный ток

— ток при максимальной обратном напряжении.

6.

Максимальный ток управления электрода

7.

Время задержки включения/выключения

8.

Максимально допустимая рассеиваемая мощность

Заключение

Таким образом, в тиристоре существует положительная обратная связь по току — увеличение тока через один эмиттерный переход приводит к увеличению тока через другой эмиттерный переход.

Тиристор — не полностью управляющий ключ. То есть перейдя в открытое состояние, он остается в нем даже если прекращать подавать сигнал на управляющий переход, если подается ток выше некоторой величины, то есть ток удержания.

Источники:
ru.wikipedia.org
electricalschool.info

▶▷▶▷ простая схема для проверки тиристоров и симисторов

▶▷▶▷ простая схема для проверки тиристоров и симисторов

Интерфейс	Русский/Английский
Тип лицензия	Free
Кол-во просмотров	257
Кол-во загрузок	132 раз
Обновление:	13-08-2019

простая схема для проверки тиристоров и симисторов — Простейшая схема для проверки тиристора — YouTube wwwyoutubecom watch?v7R2AJiTvzQg Cached Unlimited DVR storage space Live TV from 70 channels No cable box required Cancel anytime Симисторы: принцип работы, проверка и включение, схемы wwwasutpprusimistoryhtml Cached Схема простого тестера для симисторов Обозначения: Резистор r1 51 Ом Конденсаторы c1 и С2 1000 мкФ х 16 В Диоды 1n4007 или аналог, допускается установка диодного моста, например КЦ405 Пробник для проверки тиристоров — YouTube wwwyoutubecom watch?vDAXO2tNjP80 Cached This feature is not available right now Please try again later РадиоКот :: Тиристорно-симисторные пробники (КН) wwwradiokotrucircuitanalogmeasure07 Cached Пробник 1 для проверки тиристоров Схема древняя, но весьма простая и надёжная Была опубликована в Радио 8-1972 Собирается из того, что есть под рукой у любого уважающего себя Пробники тиристорно-симисторные radio-masternetArticleDetailaspx?aID235kID30675 Cached Пробник 2 для проверки тиристоров и Параметры транзистора lt8232 симисторов Эта схема чуток посовременнее, но также, Параметры транзистора lt8232 как и первая, собирается из подручных Параметры транзистора lt8232 деталей Пробник для тиристоров и симисторов electshemarudrugoeprobnik-dlya-tiristorov-i Cached Испытатель тиристоров и симисторов Часто радио любители сталкиваются с такой проблемой, как проверить тиристор и симистор схема которая показана ниже очень проста в сборке и безотказная Тиристорный регулятор напряжения простая схема, принцип hardelectronicsrutiristornyj-regulyator-napryazheniyahtml Cached 25 thoughts on Тиристорный регулятор напряжения простая схема , принцип работы Greg 18032016 в 01:55 Раз уж мы заговорили о электрических углах, то хочется уточнить: при задержке а до 12 полупериода (до 90 эл градусов Простой испытатель (тестер) тиристоров и симисторов — PDF docplayerru72506294-Prostoy-ispytatel-tester Cached Получается коробочка, провода для подключения тиристоров и симисторов пропущены в отверстие в боковой стенке корпуса тестера и припаяны к плате (см фото 2 4) Простой испытатель тиристоров и тринисторов wwwcqhamruttesterhtm Cached Простой испытатель тиристоров и симисторов В настоящей статье представлен простой прибор, требующий для своего создания совсем немного деталей Симистор: назначение и основные характеристики, принцип rusenergeticsruustroistvoprincip-dejstviya Cached Для подавления помех следует подсоединить параллельно триаку, между катодом и анодом, цепочку из конденсатора и резистора с номиналами от 0,02 до 0,3 мкФ и от 45 до 500 Ом соответственно Promotional Results For You Free Download Mozilla Firefox Web Browser wwwmozillaorg Download Firefox — the faster, smarter, easier way to browse the web and all of 1 2 3 4 5 Next 987

• Уважаемые радиолюбители на ваш суд предлагаю еще один вариант схемы для проверки исправности тиристо
• ра Если при включении питания горит светодиод, то нажимаем кнопу, а затем отпускаем. Проверка симисторов: пытаем с усердием. Эта схема чуток посовременнее, но также, как и первая, собирается из подру
• торов: пытаем с усердием. Эта схема чуток посовременнее, но также, как и первая, собирается из подручных деталей. Схема древняя, но весьма простая и надёжная. В соответствие с принципиальной схемой, размещайте детали устройства на монтажной плате. Когда (переменный) ток уменьшается, переходит через нуль, чтобы сменить затем свою полярность, симистор автоматически закрывается. Еще схемы для УНЧ. Схемы на PIC. При проверке тиристора или симистора вначале переключателем SA2 (quot;Ток управленияquot;) задается необходимый ток управляющего электрода. Это также позволяет подбирать тиристоры (симисторы) по минимальному току управления. Схемы соединения аккумуляторов. Схема проверки исправности диода. Схема проверки тиристоров омметром. Устройство и схема домофона. Качество состояния симистора можно оценить описанными выше методами проверки. Схема отмотки счетчика электроэнергии на генераторе реактивной мощности (с печатной платой) (13) Если тиристор или симистор явно не пробит, но все же есть сомнение в работоспособности, то его нужно проверить. В момент, когда на аноде положительное напряжение, соответственно на катоде отрицательное электроток начнет протекать через тринистор, который на схеме с левой стороны. РадиоКот gt; Схемы gt; Аналоговые схемы gt; Измерения. Проверка симисторов: пытаем с пристрастием. Эта схема чуток посовременнее, но также, как и первая, собирается из подручных деталей. Если в схеме с симистором (рис. 1, б) при соответствующем включении сетевых проводов источник управляющего сигнала можно соединить с нулевым проводом, то при использовании тринистора (рис 1, а) такая возможность возникает лишь при исключении выпрямительного моста VD1-VD4. В качестве ключей используют малощумящие электромагнитные реле,… Радиолюбительские схемы на ИС 555. Схема проверки стабилитронов. Иногда, для того чтобы проверить подозрительную деталь требуется её отключение от схемы, поскольку внешние цепи способны исказить измеряемое сопротивление.

то при использовании тринистора (рис 1

размещайте детали устройства на монтажной плате.

Когда (переменный) ток уменьшается

• принцип hardelectronicsrutiristornyj-regulyator-napryazheniyahtml Cached 25 thoughts on Тиристорный регулятор напряжения простая схема
• требующий для своего создания совсем немного деталей Симистор: назначение и основные характеристики
• то хочется уточнить: при задержке а до 12 полупериода (до 90 эл градусов Простой испытатель (тестер) тиристоров и симисторов — PDF docplayerru72506294-Prostoy-ispytatel-tester Cached Получается коробочка

Нажмите здесь , если переадресация не будет выполнена в течение нескольких секунд простая схема для проверки тиристоров и симисторов Поиск в Все Картинки Ещё Видео Новости Покупки Карты Книги Все продукты Картинки по запросу простая схема для проверки тиристоров и симисторов Тиристорносимисторные пробники КН РадиоКот янв Пробник для проверки тиристоров Схема древняя, но весьма простая и надёжная Простой испытатель тиристоров и симисторов CQHam wwwcqhamruttesterhtm Простой испытатель тиристоров и симисторов В настоящей Проверить тиристор или симистор несколько сложнее Представленная здесь схема тестера позволяет проверять только Простой испытатель тестер тиристоров и симисторов PDF Простой испытатель тестер тиристоров и симисторов Введение Схема Измеритель тестер, принципиальная схема которого представлена на рис , позволяет проверять только вышеназванные функции тиристоров и Простейшая схема для проверки тиристора YouTube июн Подробнее здесь tiristorov myoutubecom Схема для проверки тиристоров Практическая электроника ruselectroniccompribordly Из этой статьи вы узнаете, как собрать простую схему для проверки тиристоров С этой схемой справиться даже Как проверить диод и тиристор простых способа electrikinfokakproveritdiodi Перед описанием способов проверки вспомним устройство тиристора , который не зря Схема проверки исправности диода Для этого достаточно собрать простую электрическую схему PDF Простой испытатель тестер тиристоров и симисторов tyumenradioru Простой испытатель схемы испытателя, рассмотрим кратко, что же такое тиристор и симистор Тиристор проверять только вышеназванные функции тиристоров и симисторов работоспособность, Симисторы принцип работы, проверка и включение, схемы asutpprusimistoryhtml Рейтинг , голосов окт Схема на двух тиристорах , как эквивалент симистора , и его условно графическое обозначение Рис Одно время были популярны простые электронные устройства, Схема прибора проверки тиристоров и симисторов wwwpayatelru shema pribora Прибор предназначен для проверки работоспособности тиристоров и симисторов , он может приблизительно Простой пробник симисторов и тиристоров своими руками Схема Простой пробник симисторов и тиристоров своими руками Электрод Проверять только вышеназванные функции тиристоров и симисторов управляющего электрода Приведёт к Пробник для тиристоров и симисторов Сайт Паяльник cxemnetizmerizmerphp Схема пробника для тиристоров и симисторов Так, для симистора можно показать отличие его поведения в После предварительной проверки можно подсоединить переключатель SW к Простые схемы для лаборатории радиолюбителя Страница Таким образом , схема способна проверять Простой испытатель тиристоров и симисторов Прибор для проверки тринисторов Простые электронные beginesxemaru?p янв Схемы и справочные материалы Словарь терминов Прибор для проверки тринисторов можно быстро проверить исправность трехэлектродного тиристора Таким же образом можно проверить и симистор Схема пробника для проверки симисторов и тиристоров shema shema май Прибор проверяет работоспособность симисторов и тиристоров , позволяя приблизительно Прибор для проверки тиристоров и симисторов zmf как Схемы для бы простой не КАК ПРОВЕРИТЬ ТИРИСТОР И СИМИСТОР Схема устройства для проверки тиристоров и симисторов Схема устройства для проверки тиристоров и Как проверить тиристор Простой способ и видеоинструкция wwwtexnicruavtomatikahtml Простой способ проверки тиристоров с помощью обычной лампочки и несколько простых схем для проверки Устройства для ремонта и поиска Заметки для мастера kopilkasovetovucozruindex Устройство, схема которого показана на рис, относится к Прибор для проверки тиристоров и симисторов Для проверки целостности кабелей предлагается простая схема рис, Как проверить тиристор ? Diodnik diodnikcomkakproverittiristor окт Для самой простой проверки тиристора необходимо использовать схему , которую использовали для проверки симистора необходимо использовать следующую схему Простые способы проверки симисторов и тиристоров Сам Рейтинг голоса фев Проверка симисторов и тиристоров мультиметром, Обозначение на схеме вы видите ниже Включение тиристора схема включения тиристора geekmatic geekmaticinuavklyuchenie_tiristora_ Самое простое включение тиристора и симистора Самый простой способ управления тиристорами это подача на и не требуется никакого шунтирования для симисторов Реальные Проверка тиристора Как убедиться в работоспособности soloprojectcomproverkatiristoraka дек Далее приведена простейшая схема проверки тиристора Рис На катод надо присоединить Симистор принцип работы Все об электричестве Симисторы принцип работы, проверка и включение, схемы Схема для проверки тиристоров и симисторов В завершении приведем простую схему , позволяющую управлять мощностью Схема проверки тиристоров и симисторов oritmpsmrunetdophp Симистор Принцип работы, параметры и обозначение на схеме Простейшая схема для проверки тиристора Симистор как проверить, принцип работы, характеристики Проверка мультиметром Так как симистор , по сути, двусторонний тиристор , при появлении Давайте разберем, как работает симистор на примере простой схемы , в которой переменное Схема проверки тиристоров и симисторов Радиокапсула shema proverki дек Схема прибора для проверки симисторов и тиристоров способна приблизительно определить Как проверить симистор Схема , описание Симисторы ноя Симисторы принцип работы, проверка и включение, схемы Узо Проверить тиристор мультиметром такого плана, можно только при наличии Для этого достаточно собрать простую электрическую схему Симистор Принцип работы, параметры и обозначение на goradiorusimistorhtml Устройство, обозначение и разновидности симистора Эквивалентная схема симистора на двух тиристорах Очень простой схемой, характеризующей принцип работы и область Симистор принцип работы и виды, основные Универсальная схема проверки Схема Простой пробник для проверки симистора или тиристора Как проверить симистор onlineelektrikrusposobykakproverit Это разновидность тиристоров , которая отличается от них тем, что может пропускать Схема проверки Схема PDF Управление тринисторами и симисторами wwwplatanrushempdf_ppdf Самый простой способ управ ления тиристорами это по тиристоров требуется ток управля рительной проверки или же подбо ра тиристоров схеме с симистором рис , б при Как проверить bta b что это такое, принцип работы дек Как проверять симисторы и тиристоры универсальным мультиметром Схема простая и точная, она сразу даст возможность не только проверить симмистор, но и поможет Проверка симистора и тиристора мультиметром приемы и obinstrumenterukakproveritsimistor янв Например, проверка тиристора мультиметром может избавить вас от схема симистора Проверка исправности тиристоров radioamatorru radioamatorruproverkaispravnost Тиристоры и симисторы широко применяются в различных устройствах автоматики Схема простого пробника для проверки тиристоров приведена на рис Простой транзисторный металлоискатель Приставка ваувау Способы проверки симистора , как прозванивать симисторы Рейтинг , голосов Тиристорами принято работоспособности схемы в Проверка симистора Радиопилюля radiopillnetloadizmeritelnaja Главная Каталог схем Измерительная техника Проверка симистора Простой индикатор разряда батарей Тиристорный регулятор напряжения простая схема hardelectronicsrutiristornyjregulyator янв Тиристорный регулятор напряжения простая схема , принцип работы методы, но возможно существуют и специальные приборы для проверки тиристоров и симисторов Проверить тиристор мультиметром Как проверить мар Способы проверки симистора , как прозванивать симисторы мультиметром Самодельный пробник для тиристоров В интернете можно найти более простые схемы , где Как проверить динистор, симистор или тиристор vguru Рейтинг , голоса Самая простая схема состоит из трёх схему , приступают к проверке Симистор назначение и основные характеристики rusenergeticsruprincipdejstviya Проверка в схемах при помощи тестера и сборки специальной схемы , Схема включения тиристоров Этот простой пример показывает, что триак может пропускать ток сразу в двух Как проверить симистор с помощью тестера или батарейки Рейтинг , голоса Перед тем как проверять симистор , необходимо разобраться со схемой и Тиристор обозначается символом годность симистора как проверив тестером, так и с помощью простой схемы Симистор обозначение на схеме Управление симисторами Рассмотрим схему проверки тиристора на рисунке Можно б простая схема трансформаторной развязки Устройство и принцип работы симистора Токарь Мастер окт Особенность симистора , по сравнению с тиристором , состоит в том, что этот Схема простая и содержит всего пять деталей Два простых способа проверки симистора Как проверять тиристоры исправность не выпаивая Как проверять тиристоры характеристика, типы и применение В первой схеме на управляющий электрод положительный потенциал не Это самый простой вариант для проверки PDF Мощный тиристорный выключатель переменного тока с В статье рассмотрены схемы гальванически изолированных симисторных и потребность изго товить простой и недорогой бескон В резуль тате проверки один из симисторов БУСТ Блок управления симисторами и тиристорами Овен апр Прибор для проверки тиристоров и симисторов Там есть достаточно простые схемки и методика проверки Для интересующихся схема плавного пуска двигателя на Как проверять симисторы и тиристоры универсальным azoworuhowtotesttriacsand июл Как проверять тиристоры и симисторы тестером и мультиметром Для этого достаточно собрать простую электрическую схему Схема прибора для проверки тиристоров Что такое симистор и как он работает triac что это симистор мар Симистор ; Симметричный тиристор ; Симисторы принцип работы, проверка и включение, схемы По той простой причине, что изобретён и запатентован он был в СССР, Симистор принцип работы, характеристики прибора, схема Как устроен симистор , принцип работы, особенности и схема включения симистора в схеме фазного Простейшая схема симисторного регулятора приведена ниже Проверка тиристора Запросы, похожие на простая схема для проверки тиристоров и симисторов схемы проверки тиристоров самодельные пробники для проверки тиристоров прибор для проверки мощных тиристоров стенд для проверки мощных тиристоров прибор для проверки симисторов как проверить тиристор не выпаивая простой испытатель тиристоров симисторов как проверить тиристор т След Войти Версия Поиска Мобильная Полная Конфиденциальность Условия Настройки Отзыв Справка

Уважаемые радиолюбители на ваш суд предлагаю еще один вариант схемы для проверки исправности тиристора Если при включении питания горит светодиод, то нажимаем кнопу, а затем отпускаем. Проверка симисторов: пытаем с усердием. Эта схема чуток посовременнее, но также, как и первая, собирается из подручных деталей. Схема древняя, но весьма простая и надёжная. В соответствие с принципиальной схемой, размещайте детали устройства на монтажной плате. Когда (переменный) ток уменьшается, переходит через нуль, чтобы сменить затем свою полярность, симистор автоматически закрывается. Еще схемы для УНЧ. Схемы на PIC. При проверке тиристора или симистора вначале переключателем SA2 (quot;Ток управленияquot;) задается необходимый ток управляющего электрода. Это также позволяет подбирать тиристоры (симисторы) по минимальному току управления. Схемы соединения аккумуляторов. Схема проверки исправности диода. Схема проверки тиристоров омметром. Устройство и схема домофона. Качество состояния симистора можно оценить описанными выше методами проверки. Схема отмотки счетчика электроэнергии на генераторе реактивной мощности (с печатной платой) (13) Если тиристор или симистор явно не пробит, но все же есть сомнение в работоспособности, то его нужно проверить. В момент, когда на аноде положительное напряжение, соответственно на катоде отрицательное электроток начнет протекать через тринистор, который на схеме с левой стороны. РадиоКот gt; Схемы gt; Аналоговые схемы gt; Измерения. Проверка симисторов: пытаем с пристрастием. Эта схема чуток посовременнее, но также, как и первая, собирается из подручных деталей. Если в схеме с симистором (рис. 1, б) при соответствующем включении сетевых проводов источник управляющего сигнала можно соединить с нулевым проводом, то при использовании тринистора (рис 1, а) такая возможность возникает лишь при исключении выпрямительного моста VD1-VD4. В качестве ключей используют малощумящие электромагнитные реле,… Радиолюбительские схемы на ИС 555. Схема проверки стабилитронов. Иногда, для того чтобы проверить подозрительную деталь требуется её отключение от схемы, поскольку внешние цепи способны исказить измеряемое сопротивление.

Как проверить тиристор

В последние годы очень широко стали применятся в электронных устройствах тиристоры и их собратья симисторы. Если раньше по большей части они использовались в промышленности, то сейчас очень много применяется и в бытовых устройствах, например для регулирования числа оборотов двигателей, регуляторах мощности и т.д.

Как проверить диод и транзистор с помощью мультиметра, было уже написано ранее. Тиристор же проверить таким методом не удастся, потому что он имеет 4 p-n перехода, а симистор все 5.

Для этого нам нужно будет собрать, так называемый, тестер тиристоров. На его изготовление уйдет всего несколько минут. Схема показана ниже.

 

В этой схеме к аноду тиристора прикладывается положительное напряжение, а к катоду отрицательное. Желательно его выбрать соответствующее номиналу элемента. Но можно использовать и меньшее. На схеме резисторы подобраны под 9 – 12 вольт. Если напряжение будет соответствовать номиналу, то сопротивление резисторов нужно будет пересчитать.

Проверка осуществляется очень просто, на управляющий электрод кнопкой кратковременно подается сигнал на открытие (положительный относительно катода). При этом светодиод HL1 должен загореться, так как тиристор откроется. Для того чтобы он закрылся необходимо снять напряжение (принцип работы тиристора).

Если светодиод загорается сразу после подачи напряжения на анод и катод или если не загорается после подачи управляющего напряжения, то такой тиристор является неисправным.

Есть еще один способ проверки, с помощью мультиметра. Он подходит если необходимо проверить один или несколько элементов. Схема подключения таким способом показана на рисунке.

Чтобы проверить тиристор мультиметром нужно прибор переключить в режим измерения сопротивления и подключить плюсовой щуп к аноду, а минусовой к катоду. К управляющему электроду подключить кнопку, второй контакт которой подключен к аноду.

До того как будет нажата кнопка, мультиметр должен показывать бесконечно большое сопротивление, потому что тиристор находится в закрытом состоянии. После нажатия тиристор откроется, и сопротивление упадет до нескольких Ом. Для закрытия тиристора достаточно будет кратковременно отсоединить один из щупов.

Если же после подключения тиристора к прибору сопротивление сразу мало или после нажатия кнопки сопротивление не уменьшается, то такой тиристор является неисправным.

Кстати, таким способом можно проверять тиристоры, не выпаивая из большинства схем.

 

Анекдот:

Новые русские: 
Детский крик из прихожей: — Ма-ам! Ма-а-ма-а! Мам! 
— Ну чего ты орёшь?! Я в гостиной. Иди сюда и скажи нормально, что тебе надо. 
Ребенок шлёпает через всю квартиру, подходит к маме. 
— Мам, я тут в говно наступил. Где мне сандалик помыть?

Как работают тиристоры? | Сравнение тиристоров и транзисторов

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 29 мая 2021 г.

Транзисторы — крошечные электронные компоненты которые изменили мир: вы найдете их в все от калькуляторов и компьютеры для телефоны, радио и слуховые аппараты. Они удивительно универсальны, но это не значит, что они могут все. Хотя мы можем использовать их для включения крошечных электрических токов и выключено (это основной принцип компьютерной памяти), и преобразовать малые токи в несколько большие (вот как усилитель работает), они не очень полезны в обращении гораздо большие токи.Еще один недостаток в том, что они отключаются сразу после снятия тока переключения, что означает они не так полезны в устройствах, таких как будильники, где вы хотите цепь для срабатывания и остается включенной неопределенно долго. Для такого рода работ мы можем обратиться к похожему электронному компоненту, называемому тиристор, имеющий общие черты с диоды, резисторы, и транзисторы. Триристоры довольно легко понять, хотя большинство объяснений, которые вы найдете в Интернете, излишне сложный и часто невероятно запутанный. Итак, это наш старт точка: давайте посмотрим, сможем ли мы ясно и просто взглянуть на то, что тиристоры, как они работают и какие вещи, для которых мы можем их использовать!

Изображение: Типичный тиристор немного похож на транзистор — и работает в близкородственный способ.

Что такое тиристоры?

Во-первых, давайте разберемся с терминологией. Некоторые люди используйте термин кремниевый выпрямитель (SCR) взаимозаменяемо с «тиристором». Фактически, кремниевый выпрямитель — это торговая марка, которую компания General Electric представила опишите один конкретный тип тиристора, который он сделал.Есть различные другие типы тиристоров (в том числе так называемые диаки и симисторы, которые предназначены для работы с переменным током), поэтому условия не полностью синоним. Тем не менее, эта статья о хранении вещей простой, поэтому поговорим о тиристорах в самом общем виде термины и предполагают, что SCR — это одно и то же. Мы будем называть их тиристорами.

Фото: Тиристоры широко используются в электронных схемах управления мощностью, подобных этому.

Три соединения

Так что же такое тиристор? Это электронный компонент с тремя выводами, называемый анодом (положительный вывод), катод (отрицательный вывод) и затвор. Это несколько аналогичные к трем выводам транзистора, которые, как вы помните, называются эмиттер, коллектор и база (для обычного транзистора) или исток, сток и затвор (в полевом транзисторе или полевом транзисторе). В обычном транзисторе один из трех выводов (база) действует как элемент управления, который регулирует, сколько тока течет между другими два отведения.То же самое и с тиристором: затвор управляет ток, протекающий между анодом и катодом. (Стоит отметить, что можно получить триисторы с двумя или четырьмя выводами, а также с тремя выводами. Но мы сохраняем здесь все просто, поэтому мы просто поговорим о наиболее распространенной разновидности.)

Сравнение транзисторов и тиристоров

Если транзистор и тиристор выполняют одну и ту же работу, какая между ними разница? С транзистором, когда маленький ток течет в базу, это делает больший ток между эмиттер и коллектор. Другими словами, он действует как переключатель и усилитель одновременно:

Как работает транзистор: небольшой ток, протекающий в базу, вызывает больший ток между эмиттером и коллектором. Это транзистор n-p-n с красным, обозначающим кремний n-типа, синим, обозначающим p-тип, черными точками, представляющими электроны, и белыми точками, обозначающими дырки.

То же самое происходит внутри полевого транзистора, за исключением того, что мы прикладываем небольшое напряжение к затвору, чтобы произвести электрическое поле, которое помогает току течь от источника к осушать.Если мы удалим небольшой ток в базе (или затворе), большой ток немедленно перестает течь от эмиттера к коллектору (или от истока к стоку в полевом транзисторе).

Часто это не то, чего мы хотим. В что-то вроде цепи охранной сигнализации (где, возможно, злоумышленник наступает на нажимную подушечку, и колокольчики начинают звенеть), мы хотим, чтобы небольшой ток (активируется нажимной подушечкой) для отключения большего ток (звон колокольчиков) и чтобы больший ток продолжал течь даже когда меньший ток прекращается (так что колокола все еще звонят, даже если наш незадачливый злоумышленник осознает свою ошибку и отходит от площадки). В тиристоре это именно то, что происходит. Небольшой ток на затворе вызывает много больший ток между анодом и катодом. Но даже если мы тогда удалить ток затвора, больший ток продолжает течь из анод к катоду. Другими словами, тиристор остается («защелкивается») включенным. и остается в этом состоянии до тех пор, пока схема не будет перезагружена.

Там, где транзистор обычно имеет дело с крошечными электронными токи (миллиампер) тиристор выдерживает настоящие (электрические) силовые токи (обычно несколько сотен вольт и 5–10 ампер).Вот почему мы можем использовать их в таких вещах, как заводские выключатели питания, регуляторы скорости электродвигателей, бытовые диммеры, выключатели зажигания автомобилей, сетевые фильтры и термостаты. Время переключения практически мгновенно (измеряется в микросекундах), и эта полезная функция, в сочетании с отсутствием движущихся частей и высокой надежностью, поэтому часто используются тиристоры. как электронные (твердотельные) версии реле (переключатели электромагнитные).

Как работает тиристор?

Тиристоры являются логическим продолжением диодов и транзисторы, поэтому давайте кратко рассмотрим эти компоненты.Если вы не знакомы с твердотельной электроникой, у нас больше и более четкие объяснения того, как работают диоды и и как работают транзисторы, которую вы, возможно, захотите прочитать в первую очередь.

А тиристор как два диода

Напомним, что диод — это два слоя полупроводника. (p-тип и n-тип) зажаты вместе, чтобы создать соединение где происходят интересные вещи. В зависимости от того, как вы подключаете диод, ток либо будет течь через него, либо нет, что делает его электронный эквивалент улицы с односторонним движением.С положительной связью к p-типу (синий) и отрицательному соединению к n-типу (красный) диод смещение вперед, поэтому электроны (черные точки) и дыры (белые точки) перемещаются к счастью через переход и нормальный ток течет:

Диод с прямым смещением: через переход между p-типом (синий) и n-типом (красный) протекает ток, переносимый электронами (черные точки) и дырками (белые точки).

В противоположной конфигурации, с положительным подключением к n-типу и отрицательный к p-типу, диод имеет обратное смещение: соединение становится огромной пропастью, которую электроны и дырки не могут пересечь и нет тока:

Диод с обратным смещением: при обратном подключении батареи «зона истощения» на стыке становится шире, поэтому ток не течет.

В транзисторе мы имеем три слоя полупроводника, расположенных поочередно (либо p-n-p, либо n-p-n), что дает два перекрестка, где могут происходить интересные вещи. (Полевой транзистор немного разные, с дополнительными слоями металла и оксида, но все же по сути, бутерброд n-p-n или p-n-p.). Тиристор — это просто следующий шаг в последовательность: четыре слоя полупроводника, снова расположенные поочередно дайте нам p-n-p-n (или n-p-n-p, если вы поменяете местами) с тремя стыки между ними. Анод соединяется с внешним слоем p, катод к внешнему n слою, а затвор к внутреннему p слой, например:

Тиристор похож на два соединенных диода, соединенных вместе, но с дополнительным подключением к одному из внутренних слоев — «затвору». «

Вы можете видеть, что это напоминает два соединительных диода, соединенных последовательно, но с дополнительным соединением затвора внизу. Тиристор, как и диод, является выпрямителем: он проводит только в одном направлении. Вы не можете сделать тиристор, просто подключив два диода последовательно: дополнительное соединение затвора означает, что это еще не все. Если вы хорошо знакомы с электроникой, вы заметите сходство между тиристором и диодом Шокли (своего рода двойной диод с четыре чередующихся полупроводниковых слоя, изобретенные пионером транзисторов Уильямом Шокли в 1956 г.).Тиристоры произошли от работы транзисторов и диодов Шокли, который был разработан Джуэллом Джеймсом Эберсом, кто разработал двухтранзисторную модель, о которой мы расскажем дальше.

Иллюстрации: General Electric представила первый коммерчески успешный тиристор (тогда называемый кремниевым выпрямителем) в июле 1957 года благодаря усилиям Роберта Холла, Ника Холоньяка, Ф. В. «Билла» Гуцвиллера, и другие. Это базовая иллюстрация тиристора из одного из патентов Билла Гуцвиллера.Работа от Патент США 3040270: Схема выпрямителя с кремниевым управлением, включая генератор переменной частоты, предоставлена ​​Бюро патентов и товарных знаков США.

Тиристор как два транзистора

Менее очевидно то, что четыре слоя работают как два транзисторы (n-p-n и p-n-p), которые соединены вместе, так что выход из одного формирует вход в другой. Ворота служат как своего рода «стартер» для их активации.

Тиристор также похож на два транзистора, соединенных вместе, поэтому выход каждого из них служит входом для другого.

Три состояния тиристора

Так как же это работает? Мы можем перевести его в три возможных состояния, во всех трех из которых он либо полностью выключен, либо полностью включен, что означает, что это, по сути, двоичное цифровое устройство. Чтобы понять, как работают эти состояния, полезно помнить о диодах и транзисторах:

Прямая блокировка

Обычно, когда ток не течет в затвор, тиристор выключен: ток не может течь из затвора. анод к катоду.Почему? Представьте тиристор как два соединенных диода. вместе. Верхний и нижний диоды смещены в прямом направлении. Однако это означает, что соединение в центре имеет обратное смещение, поэтому ток не может пройти весь путь сверху вниз. Это состояние называется вперед блокировка. Хотя это похоже на прямое смещение в обычном диоде, ток не течет.

Блокировка обратного хода

Предположим, мы поменяем местами соединения анод / катод. Теперь вы, вероятно, видите, что оба верхний и нижний диоды имеют обратное смещение, поэтому ток через тиристор по-прежнему не течет.Это называется обратной блокировкой (аналогично обратному смещению в простом диоде).

Форвардное ведение

Третье состояние действительно интересно. Нам нужно, чтобы анод был положительный и отрицательный катод. Затем, когда ток течет в затвор, он включает нижний транзистор, который включает верхний, который включает нижний и так далее. Каждый транзистор активирует другой. Мы можем рассматривать это как своего рода внутреннюю положительную обратную связь, в которой два транзистора продолжают подавать ток друг другу. пока они оба не будут полностью активированы, после чего через них может течь ток. как от анода к катоду.Это состояние называется прямой проводимостью, и именно так тиристор «защелкивается» (остается постоянно) включенным. После фиксации тиристора на таком, вы не можете выключить его, просто сняв ток с вентиль: в этот момент ток затвора не имеет значения — и вы должны прервать основной ток, протекающий от анода к катод, часто отключая питание всей цепи. Не следите за этим? Посмотрите на анимацию в поле ниже, я надеюсь, вам будет понятно.

Типы тиристоров

Несколько упрощенно, вот в чем суть того, как тиристор работает.Есть множество вариантов, в том числе устройства отключения ворот (GTO) (который может быть включен или выключен действием затвора), AGT (тиристор с анодным затвором) устройства, которые имеют затвор, идущий во внутренний слой n-типа около анода (вместо слоя p-типа около катода), фотоэлектрические тиристоры, в которых база активируется светом, и все другие виды. Но все они работают примерно одинаково, с затвором, отключающим один транзистор, который затем отключает другой.

Дискретные тиристоры Power Semiconductors — Littelfuse

Тиристорные ограничители напряжения

для защиты цепей

A Тиристор — это любой полупроводниковый переключатель с бистабильным действием, зависящим от регенеративной обратной связи p-n-p-n.Тиристоры обычно представляют собой двух- или трехконтактные устройства для однонаправленных или двунаправленных схем.

Тиристоры могут иметь разные формы, но все они имеют определенные общие черты:

• Это твердотельные переключатели с нормально разомкнутыми цепями (очень высокий импеданс)
• Они способны выдерживать номинальное напряжение блокировки / выключенного состояния до момента срабатывания триггера во включенном состоянии
• При срабатывании триггера во включенном состоянии они становятся цепью тока с низким импедансом до тех пор, пока основной ток не остановится или не упадет ниже минимального уровня удержания
• После того, как тиристор переведен во включенное состояние, ток триггера может быть отключен без выключения устройства

Тиристоры используются для управления потоком электрических токов в приложениях, включая:

• Бытовая техника — освещение, отопление, контроль температуры, активация сигнализации, скорость вентилятора
• Электрические инструменты — для контролируемых действий, таких как скорость двигателя, событие сшивания, зарядка аккумулятора
• Наружное оборудование — разбрызгиватели воды, зажигание от газового двигателя, электронные дисплеи, освещение площадей, спортивный инвентарь, физическая подготовка

Характеристики:

• Высокое напряжение и сила тока
• Защита от однонаправленных и двунаправленных переходных напряжений
• Автоматически срабатывает «выключено» на заданные периоды времени
• Соответствует RoHS
• Переходы, пассивированные стеклом
• Высокое напряжение до 1000 В
• Высокая устойчивость к скачкам напряжения до 950

Тиристор

Описание продукта

Чувствительные симисторы

Чувствительные затворные симисторы

Littelfuse представляют собой двунаправленные кремниевые переключатели переменного тока, которые обеспечивают гарантированные уровни тока срабатывания затвора в квадрантах I, II, III и IV. Взаимодействие с микропроцессорами или другим оборудованием с запуском затвора с одинарной полярностью стало возможным с помощью чувствительных симисторов затвора. Могут быть указаны токи срабатывания затвора 3 мА, 5 мА, 10 мА или 20 мА.

Чувствительные затворные симисторы способны управлять токами нагрузки переменного тока от 0,8 А до 8 А (среднеквадратичное значение) и выдерживают рабочее напряжение от 400 В до 600 В.

Стандартные симисторы

Littelfuse — это двунаправленные переключатели переменного тока, способные управлять нагрузкой с нуля.От 8 до 35 А (среднеквадратичное значение) при IGT 10 мА, 25 мА и 50 мА в рабочих квадрантах I, II и III.

Симисторы

используются в двухполупериодных приложениях переменного тока для управления мощностью переменного тока либо посредством переключения полного цикла, либо посредством фазового управления током в нагрузочном элементе. Эти симисторы рассчитаны на блокировку напряжения в состоянии «ВЫКЛ» от 400 В минимум с некоторыми изделиями, способными работать на 1000 В. Типичные области применения включают управление скоростью двигателя, управление нагревателем и лампой накаливания.

Quadrac

Устройства

Quadrac, первоначально разработанные Littelfuse, представляют собой симисторы и альтернативные симисторы с триггером DIAC, установленным внутри одного корпуса.Эти устройства экономят пользователю расходы и время сборки на покупку дискретного DIAC и сборку вместе с симистором со стробированием.

Quadrac предлагается с номинальной мощностью от 4 до 15 А и напряжением от 400 до 600 В.

Симисторы переменного тока

Альтернативный симистор специально разработан для приложений, требующих переключения высокоиндуктивных нагрузок. Конструкция этого специального чипа фактически обеспечивает ту же производительность, что и два тиристора (SCR), подключенных обратно параллельно (спина к спине).

Эта новая конструкция микросхемы обеспечивает эквивалент двух электрически разделенных структур SCR, обеспечивая улучшенные характеристики du / dt, сохраняя при этом преимущества однокристального устройства.

Littelfuse производит альтернативный симистор от 6 А до 40 А с номинальным напряжением блокировки от 400 В до 1000 В. Альтернативные симисторы предлагаются в корпусах TO-220, TO-218 и TO-218X с изолированной и неизолированной версиями.

Чувствительные тиристоры

Чувствительные затворные тиристоры

Littelfuse — это выпрямители с кремниевым управлением, представляющие лучшие по конструкции, характеристикам и технологиям упаковки для приложений с низким и средним током.

Анодные токи от 0,8 А до 10 А (среднеквадратичное значение) могут контролироваться чувствительными тиристорами затвора с токами возбуждения затвора в диапазоне от 12 мкА до 500 мкА. Чувствительные тиристоры затвора идеально подходят для взаимодействия с интегральными схемами или в приложениях, где существуют требования к высокой токовой нагрузке и ограниченные возможности управления током затвора. Примеры включают цепи зажигания, средства управления двигателем и фиксацию постоянного тока для сигналов тревоги в детекторах дыма. Доступны тиристоры с чувствительным затвором с номинальным напряжением до 600 В.

SCR

Продукты

Littelfuse SCR — это полуволновые выпрямители с кремниевым управлением, которые представляют собой новейшие разработки в области дизайна и производительности.

Допустимый ток нагрузки составляет от 1 А до 70 А (среднеквадратичное значение), а напряжение от 400 В до 1000 В может быть задано для удовлетворения различных потребностей приложений.

Благодаря возможности однонаправленного переключения, тиристор используется в цепях, где требуются высокие импульсные токи или блокирующее действие. Его также можно использовать для цепей полуволнового типа, где требуется действие выпрямления, управляемое затвором. Применения включают ломы в источниках питания, вспышках камер, дымовых пожарных извещателях, средствах управления двигателем, зарядных устройствах и зажигании двигателя.

Доступны номинальные значения импульсного тока от 30 А в упаковке TO-92 до 950 А в упаковке TO-218X.

Выпрямители

Littelfuse производит выпрямители от 15 A до 25 A (среднеквадратичное значение) с номинальным напряжением от 400 В до 1000 В. Благодаря электрически изолированному корпусу TO-220 эти выпрямители могут использоваться в схемах с общим анодом или общим катодом, используя только один тип детали, что упрощает потребности в запасах.

DIAC

DIAC — это триггерные устройства, используемые в схемах управления фазой для подачи стробирующих импульсов на симистор или тиристор.Это двунаправленные кремниевые устройства, запускаемые напряжением, размещенные в стеклянных корпусах с аксиальными выводами DO-35 и корпусах DO-214 для поверхностного монтажа.

Выбор напряжения DIAC от 27 В до 70 В обеспечивает синхронизацию импульсов запуска в положительной и отрицательной точках переключения для минимизации постоянной составляющей в цепи нагрузки.

Некоторые приложения включают триггеры затвора для управления освещением, диммеры, силовые импульсные цепи, опорные напряжения в силовых цепях переменного тока и триггеры симистора в регуляторах скорости двигателя.

SIDAC

SIDAC представляют собой уникальный набор тиристорных качеств. SIDAC — это двунаправленный переключатель, срабатывающий по напряжению. Некоторые характеристики этого устройства включают нормальную точку переключения от 95 В до 330 В, диапазон отрицательного сопротивления, характеристики фиксации при включении и низкое падение напряжения в открытом состоянии.

Возможность одноциклового импульсного тока до 20 А делает SIDAC идеальным продуктом для сброса заряженных конденсаторов через катушку индуктивности с целью генерации импульсов высокого напряжения.Приложения включают управление освещением, пускатели натриевых ламп высокого давления, генераторы мощности и источники питания высокого напряжения.

Может ли омметр проверять тиристоры и симисторы?

Вопрос: C an an омметр тест тиристоров an d Симисторы ? C an Я использую омметр для удовлетворительной проверки тиристоров и d симистора? Если да, c а кто-нибудь предоставит описание и d эскиз, показывающий правильное подключение? Кроме того, какой измеритель рекомендуется? — М. Б.Л. Ответ: Когда M.B.L. говорит тиристор, я предполагаю, что он имеет в виду управляемый полупроводником выпрямитель (SCR), также называемый триодом с обратной блокировкой или тиристором. SCR — это трехконтактное устройство, представляющее собой, по сути, разомкнутую цепь ( од-катод) с отсутствующим напряжением затвора, да твердотельным. состояние выпрямителя при подаче напряжения на затвор. Это можно проверить следующим образом: • Подключите омметр, как показано на рис. 1A. Используйте R x 1 r an ge.Измеренное сопротивление an ce должно быть высоким (более an 1 МОм). Затем снова подключите омметр с перевернутыми проводами, как в B. Опять же, измеренное сопротивление an ce должно быть высоким. • Подключив провода омметра, как в B, на мгновение подключите затвор к an оду. Значение сопротивления an ce теперь должно быть низким (менее an 1000 Ом), даже если соединение затвора было разорвано. Сопротивление тиристора и мгновенно снова становится высоко в обоих направлениях, когда поднимается любой из проводов омметра. Симистор представляет собой тиристор с тремя выводами. Это разомкнутая цепь без стробирующего сигнала, но при подаче напряжения затвора она ведет в обоих направлениях. Это проверяется следующим образом: • Подключите омметр, как показано на рис. 2C. Измеренное сопротивление an ce должно быть высоким. На мгновение подключите ворота к ан оде 2; сопротивление an ce должно понижаться и d оставаться на низком уровне даже при разрыве соединения затвора.Подключите омметр с противоположной полярностью, как показано на рис. 2D. Показание снова должно быть высоким до тех пор, пока не будет установлено соединение между воротами и одой 2, а затем снизиться, как это было раньше. Хотя вы иногда будете сталкиваться с тиристором или симистором, для которого омметр c an не подает достаточный испытательный ток, an d ток от R x 1 r an ge может повредить некоторые тиристоры с чувствительным затвором, для этих тестов эффективны базовые мультиметры. — W.M.C. Ответ: Испытание c an должно быть выполнено на m an y тиристорах и d симисторах для приблизительной оценки их возможность зажигания затвора путем подключения омметра, так что отрицательный вывод подключается к катоду , а d положительный провод подключается к оде. Используя шкалу R x 1, закоротите ворота до an оды.Нормальным является показание приблизительно от 15 до 50 Ом. Когда короткое замыкание затвор- оды устранено, то же показание должно все еще отображаться на измерителе до тех пор, пока выводы омметра не будут сняты с катода или до an оды. Теперь, повторное подключение счетчика приводит к катоду и d оды не должны показывать показания, пока затвор снова не закорочен на an од. Для выполнения этого теста подойдет омметр. Убедитесь, что измерение сопротивления ce проводится на устройстве и не на чем-то еще в цепи. Если есть сомнения, откройте соединение с одой, катодом или затвором. Также обратите внимание, что единственными допустимыми показаниями «неисправности» SCR или диодного сопротивления an ce являются «разомкнутое» и d «короткое замыкание».

Выпрямитель с кремниевым управлением — обзор

Выпрямитель с кремниевым управлением

SCR — это трехконтактный тиристор, который действует как кремниевый выпрямительный диод, проводник которого регулируется входным током.Схематическое обозначение SCR показано на рис. 12.21. Обозначение аналогично диоду с катодом и анодом. Обратите внимание, что третий элемент SCR известен как затвор. SCR будет проводить ток между катодом и анодом, но только в том случае, если к затвору будет приложен надлежащий управляющий ток. Затвор должен быть положительным по отношению к катоду, чтобы тиристор проводил ток. При проведении SCR действует как замкнутый переключатель. Падение напряжения на катоде и аноде будет примерно 0.7–1,8 В, в зависимости от размера тиристора и величины тока, протекающего через него. Когда катод и анод смещены в обратном направлении, ток через устройство не течет.

Рисунок 12.21. Схематическое обозначение SCR.

Тиристоры, как и реле, обычно используются для управления большим током меньшим током. На рис. 12.22 показано, как SCR используется в качестве переключателя для подачи постоянного тока на лампочку. Нагрузкой также может быть двигатель или нагревательный элемент. Напряжение постоянного тока подключается так, что катод и анод SCR имеют прямое смещение, но ток не будет течь через устройство, пока ток не будет подан на затвор.Это делается с помощью переключателя S ₁ . При разомкнутом переключателе ток в затворе не течет. Однако при замыкании переключателя на затвор подается положительное напряжение через резистор R ₁ . Это вызывает включение SCR. Когда он проводит, он действует как переключатель с низким сопротивлением, и лампочка загорается. В этот момент переключатель S ₁ может быть разомкнут. Нет необходимости поддерживать ток в затворе, чтобы устройство продолжало проводить. Ток затвора должен быть только кратковременным, поскольку он требуется только для включения устройства.Устройство остается включенным, как импульсное реле с фиксацией.

Рисунок 12.22. Схема, показывающая, как SCR включается и выключается.

Элемент затвора используется только для включения SCR. Удаление тока затвора не выключит устройство. Чтобы тиристор перестал проводить ток, цепь должна быть разорвана. Это можно сделать с помощью мгновенного контакта, кнопки с размыкающим контактом, включенного последовательно со схемой, как S ₂ на рис. 12.22. Нажатие этой кнопки приведет к разрыву цепи, прекращению подачи тока в тиристоре, и лампочка погаснет.Чтобы снова включить лампу, необходимо снова нажать кнопку S ₁ , чтобы на мгновение подать ток затвора.

Другой способ остановить проводимость — на мгновение замкнуть SCR, как показано на рис. 12.15. Когда переключатель S ₃ на мгновение замыкается, ток будет течь через него и лампу, минуя тиристор. Ток в тиристоре упадет до нуля. Когда выключатель S ₃ размыкается, цепь отключается.

Хотя SCR иногда используются для управления мощностью постоянного тока, в большинстве приложений они используются для управления переменным током.На рис. 12.23A показан SCR, используемый для подачи переменного тока на лампочку. Если переключатель S ₁ замкнут, на устройство будет подаваться ток затвора. Однако устройство будет проводить только тогда, когда анод будет положительным по отношению к катоду. Это, конечно, происходит, когда приложенное переменное напряжение имеет правильную полярность. Поскольку SCR работает как выпрямительный диод, ток будет течь через устройство только на положительных полупериодах синусоидальной волны. Ток через лампочку будет пульсирующим постоянным током, как показано на рис. 12.23B. Яркость лампы будет зависеть от средней силы протекающего тока.

Рисунок 12.23. Использование SCR для управления питанием нагрузки с помощью переменного тока. SCR исправляет переменный ток.

Среднее количество тока, протекающего через лампочку или другую нагрузку, можно контролировать с помощью элемента затвора. Для регулировки времени включения тиристора используются различные электронные схемы. Путем включения SCR в соответствующее время в положительном полупериоде можно контролировать продолжительность протекания тока.Чем дольше может протекать ток, тем выше средний ток в нагрузке. Изменяя контрольную точку, можно изменять яркость лампочки.

Что все должны знать о тиристоре

Каталог

9027. Классификация по штифту и полярности

9 9026 III Рабочий процесс тиристора

I Введение
II Классификация тиристоров	1. Классификация по выключению, проводимости и режимам управления
	3. Классификация по типу упаковки
	4. Классификация по текущей емкости
	5. Классификация по скорости выключения
IV Отключение затвора Тиристор	1. Различия между GTO и SCR
	2.Обнаружение GTO
В Как защитить тиристор?	1. Защита от перенапряжения (OVP)
	2. Защита от перегрузки по току

---

I Введение

Тиристор, сокращенно от слова «тиристор, управляемый». выпрямитель. В 1957 году компания General Electric разработала первый в мире тиристорный продукт, а в 1958 году выпустила его на рынок.

Конструкция тиристора представляет собой четырехслойную полупроводниковую структуру PNPN, имеющую три полюса: анод, катод и полюс затвора. Условия его работы: добавляется прямое напряжение и на полюсе затвора присутствует ток срабатывания. Его производные устройства включают быстрый тиристор, двунаправленный тиристор, тиристоры с обратным проводом, тиристоры со световым управлением и т.д. .Тиристор имеет характеристики кремниевого выпрямительного устройства, которое может работать в условиях высокого напряжения и тока. Поскольку его рабочий процесс можно контролировать, он широко используется в управляемом выпрямлении, регулировании напряжения переменного тока, бесконтактном электронном переключении, инверторе, преобразователе частоты и других электронных схемах.

Что такое тиристор?

---

II Классификация тиристоров

1. Классификация по режимам выключения, проводимости и управления

По режимам отключения, проводимости и управления тиристоров их можно разделить на обычные тиристоры, двунаправленные тиристоры, тиристоры с обратной проводимостью, тиристоры с запирающим устройством, тиристоры (GTO), тиристоры BTG, тиристоры с регулируемой температурой и тиристоры с регулируемым светом.

2. Классификация по выводам и полярности

Тиристоры можно разделить на двухполюсные тиристоры, трехполюсные тиристоры и четырехполюсные тиристоры в зависимости от их выводов и полярности.

3. Классификация по типу корпуса

В зависимости от типа корпуса тиристоров их можно разделить на три группы: тиристоры в металлическом корпусе, тиристоры в пластиковом корпусе и тиристоры в керамическом корпусе. Среди них тиристоры в металлическом корпусе делятся на болтовые, плоские, круглые и т. Д.. А тиристоры в пластиковом корпусе делятся на типы с ребрами охлаждения и без них.

4. Классификация по допустимому току

Тиристоры можно разделить на тиристоры большой мощности, тиристоры средней мощности и тиристоры малой мощности в зависимости от их текущей мощности. Как правило, тиристоры большой мощности в основном помещены в металлический корпус, а тиристоры средней и малой мощности — в пластиковых или керамических корпусах.

5. Классификация по скорости выключения

По скорости выключения тиристоры можно разделить на обычные тиристоры и высокочастотные (быстрые) тиристоры.

РИС1. Типы тиристоров

---

III Рабочий процесс тиристора

Тиристор представляет собой четырехслойное трехполюсное устройство. Он имеет три PN-перехода: J1, J2 и J3. NP в середине можно разделить на две части, чтобы сформировать транзистор типа PNP и транзистор типа NPN.

РИС2. Конструкция тиристора

Когда на тиристор подается прямое анодное напряжение, для включения тиристора PN переход J2, выдерживающий обратное напряжение, должен потерять свой блокирующий эффект. Следовательно, когда в двухтранзисторные схемы, которые объединены друг с другом, протекает достаточный ток затвора Ig, образуется сильная положительная обратная связь, в результате чего два транзистора насыщаются и проводят ток.

Установите токи коллектора трубок PNP и NPN равными Ic1 и Ic2, токи эмиттера равными Ia и Ik, коэффициенты усиления тока:

a1 = Ic1 / Ia и a2 = Ic2 / Ik,

и ток обратной утечки через переход J2 равен Ic0.

Анодный ток тиристора равен сумме тока коллектора и тока утечки двух ламп:

Ia = Ic1 + Ic2 + Ic0 или Ia = a1Ia + a2Ik + Ic0

Если затвор ток Ig, ток катода тиристора Ik = Ia + Ig

И можно сделать вывод, что анодный ток тиристора равен:

I = (Ic0 + Iga2) / (1- (a1 + a2)) Формула (1-1)

Коэффициенты усиления тока a1 и a2 кремниевой трубки PNP и кремниевой трубки NPN резко изменяются с изменением их эмиттерных токов.

Когда на тиристор действует прямое анодное напряжение, а полюс затвора не получает напряжения, в формуле (1-1) Ig = 0 и (a1 + a2) очень мал, поэтому анодный ток тиристора Ia≈Ic0, а тиристор находится в состоянии прямой блокировки. Когда тиристор находится под положительным анодным напряжением, ток Ig течет от затвора G.

Потому что через эмиттерный переход NPN-трубки проходит достаточное количество Ig, тем самым увеличивая коэффициент усиления пускового тока a2.И достаточно большой ток Ic2 электрода протекает через эмиттерный переход трубки PNP, что увеличивает коэффициент усиления тока a1, что приводит к большему току Ic1 электрода, протекающему через переход эмиттера трубки NPN. Этот процесс сильной положительной обратной связи происходит быстро.

Когда a1 и a2 увеличиваются с увеличением тока эмиттера и (a1 + a2) ≈ 1, знаменатель в уравнении (1-1) 1- (a1 + a2) ≈ 0, что увеличивает анодный ток Ia тиристора.В это время ток, протекающий через тиристор, полностью определяется напряжением и сопротивлением главной цепи, а тиристор уже находится в состоянии прямой проводимости.

В формуле (1-1) после включения тиристора 1- (a1 + a2) ≈ 0, и даже если в это время ток затвора Ig = 0, тиристор может поддерживать исходный анодный ток Ia. и продолжайте включаться. После срабатывания тиристора вентиль не работает.

После включения тиристора, если напряжение источника питания постоянно снижается или сопротивление контура увеличивается, чтобы уменьшить анодный ток Ia ниже тока удержания IH, поскольку a1 и a1 быстро уменьшаются, когда 1- (a1 + a2) ≈ 0, тиристор возвращается в состояние блокировки.

Как работает тиристор?

---

IV Тиристор отключения затвора

1. Различия между GTO и SCR

Тиристор отключения затвора (GTO) также известен как тиристор с управляемым затвором. Его основная характеристика заключается в том, что когда к полюсу затвора добавляется отрицательный сигнал запуска, тиристор может отключиться.

Как упоминалось ранее, после того, как обычный тиристор (SCR) запускается положительным сигналом затвора, сигнал может поддерживаться во включенном состоянии.Чтобы выключить его, необходимо отключить питание или приложить обратное напряжение, чтобы прямой ток был ниже, чем ток удержания. Это требует увеличения схемы коммутации, что не только увеличивает объем и вес устройства, но также снижает эффективность и генерирует искажение формы сигнала и шум.

Тиристор GTO лишен вышеперечисленных недостатков. Он сохраняет преимущества высоковольтной защиты и высокого тока обычных тиристоров, а также имеет возможность самовыключения, что делает его очень простым в использовании и идеальным устройством переключения высокого напряжения и большого тока.По емкости и сроку службы он превосходит гигантский транзистор (GTR), но рабочая частота ниже GTR. Емкость GTO достигла 3000A-4500V, и они широко используются в таких областях, как регулирование скорости прерывателя, регулирование частоты и источник питания инвертора, демонстрируя высокую жизнеспособность.

Тиристор GTO также является четырехслойным трехполюсным устройством PNPN, и его конструкция и эквивалентная схема такие же, как у обычных тиристоров.

РИС. Упрощенное поперечное сечение тиристора GTO

Хотя принцип срабатывания GTO и SCR один и тот же, принцип и метод отключения у них совершенно разные.Это связано с тем, что обычные тиристоры находятся в состоянии глубокого насыщения после включения, а GTO может достичь критического насыщения только после включения, поэтому полюс затвора GTO может быть отключен после того, как мы добавим к нему отрицательный сигнал запуска.

Важным параметром GTO является коэффициент усиления при выключении βoff, который равен отношению максимального тока в закрытом состоянии анода к максимальному отрицательному току затвора. Формула:

βoff = IATM / IGM

βoff обычно составляет от нескольких раз до нескольких десятков раз.Чем больше βoff, тем сильнее будет способность тока затвора управлять анодным током.

2. Обнаружение GTO

(1) Определите электрод GTO

Установите мультиметр на шестерню «R × 1» и измерьте сопротивление между любыми двумя контактами. Только когда черный измерительный провод подключен к полюсу G, а красный измерительный провод подключен к полюсу K, сопротивление будет низким. В остальных случаях значение сопротивления бесконечно. Это может быстро определить полюса G и K, а остальное — полюс A.

(2) Проверьте возможность срабатывания

Сначала подключите черный измерительный провод мультиметра1 к полюсу A, а красный измерительный провод к полюсу K, сопротивление бесконечно. Затем используйте кончик черного измерительного провода, чтобы одновременно коснуться полюса G, и добавьте положительный сигнал запуска, если указатель отклоняется до значения низкого сопротивления, это указывает на то, что GTO был включен. Наконец, когда полюс G отключен, пока GTO все еще находится во включенном состоянии, это означает, что он имеет способность срабатывания.

(3) Проверка возможности отключения

Метод двойного счетчика используется для проверки возможности отключения. Шестерни и соединения multimete1 остались без изменений. Установите мультиметр2 в положение «R × 10», подключите красный измерительный провод к полюсу G, а черный измерительный провод к полюсу K и подайте на него отрицательный сигнал запуска. Если указатель мультиметра 1 повернуть влево до положения бесконечности, это доказывает, что GTO имеет возможность выключения.

(4) Расчетное усиление выключения βoff

При переходе к шагу 3 не подключайтесь к мультиметру2.Сначала запишите количество отклоняющих решеток n1 мультиметра 1 в прямом направлении, когда GTO включен. Затем подключитесь к мультиметру 2, чтобы принудительно выключить GTO, и запишите количество отклоняющих решеток n2 мультиметра 2. Наконец, считайте текущее значение, и коэффициент усиления при отключении оценивается по следующей формуле:

βoff = IATM / IGM≈IAT / IG = K1n1 / K2n2

В формуле

K1 — текущий масштабный коэффициент. в шестерне «R × 1» мультиметра1;

K2 — текущий масштабный коэффициент в шестерне «R × 10» мультиметра2.

βoff≈10 × n1 / n2

Таким образом, без расчета значений IAT и IG, значение усиления при повороте можно быстро оценить, если мы получим количество отклоняющих решеток.

---

В Как защитить тиристоры?

В настоящее время тиристоры находят все более широкое применение в промышленности. А с расширением области применения роль тиристоров становится все более всеобъемлющей. Однако в процессе эксплуатации тиристор очень чувствителен к перенапряжению, что может привести к серьезным повреждениям.Что мы можем сделать, чтобы лучше защитить тиристор, чтобы продлить срок его службы? Представлены следующие методы защиты:

1. Защита от перенапряжения (OVP)

Тиристор очень чувствителен к перенапряжению. Когда прямое напряжение превышает определенное значение повторяющегося пикового напряжения в закрытом состоянии (UDRM), тиристор включается неправильно, вызывая отказ цепи. Когда приложенное обратное напряжение превышает определенное значение обратного повторяющегося пикового напряжения (URRM), оно будет немедленно повреждено.Поэтому необходимо изучить причину перенапряжения и способ подавления перенапряжения.

Перенапряжение в основном вызвано резкими изменениями подаваемой электроэнергии или накопления энергии в системе, из-за чего система не имеет достаточно времени для преобразования, или электромагнитная энергия, изначально накопленная в системе, не рассеивается вовремя.

РИС. Пример перенапряжения

(1) Типы перенапряжения

В основном существует два типа перенапряжения: один вызван внешними ударами, такими как удары молнии, а другой — импульсным напряжением, вызванным размыканием и замыканием переключателей.Перенапряжение, вызванное ударами молнии или срабатыванием высоковольтных выключателей, представляет собой скачок напряжения от нескольких микросекунд до нескольких миллисекунд, что очень опасно для тиристоров. И импульсное напряжение, вызванное размыканием и замыканием переключателей, делится на следующие категории:

1) Перенапряжение, создаваемое размыканием и замыканием источника питания переменного тока

Перенапряжение может быть вызвано размыканием и замыканием выключатели переменного тока или предохранители предохранителей переменного тока.Из-за распределенной емкости обмотки трансформатора, резонансного контура, вызванного реактивным сопротивлением утечки, значение перенапряжения в 2-10 раз превышает нормальное значение. Как правило, чем выше скорость открытия и закрытия, тем выше будет перенапряжение, и значение будет еще выше, когда цепь отключена в условиях холостого хода.

2) Перенапряжение, генерируемое на стороне постоянного тока

Если индуктивность цепи велика или значение тока при отключении цепи велико, будет сгенерировано относительно большое перенапряжение.Такая ситуация часто возникает при резком изменении тока, что вызвано отключением нагрузки, размыканием токопроводящего тиристора или быстрым срабатыванием предохранителя.

3) Коммутационное импульсное напряжение

Коммутационное перенапряжение вызвано остаточной рекомбинацией носителей в переходных слоях устройства, когда ток тиристора падает до 0, поэтому его также называют перенапряжением, вызванным накоплением носителей. эффект.

После коммутационного перенапряжения возникает коммутационное перенапряжение.Это колебательное напряжение, вызванное резонансом индуктивности и емкости. Его значение связано с обратным напряжением после коммутации. Чем выше обратное напряжение, тем больше коммутационное перенапряжение колебаний.

РИС. Класс D: Импульсная коммутация

(2) Методы перенапряжения

По разным причинам образования перенапряжения могут применяться различные методы подавления, такие как уменьшение источника перенапряжения и ослабление амплитуды перенапряжения; подавление скорости нарастания энергии перенапряжения, задержка скорости рассеивания генерируемой энергии и увеличение пути рассеяния; использовать электронные схемы для защиты.

Наиболее распространенный метод — это соединение элементов, поглощающих энергию, в петле для рассеивания энергии, которую часто называют петлей поглощения или буферной схемой.

1) Цепь демпфирующего сопротивления емкостного сопротивления (RC)

Обычно перенапряжение имеет высокую частоту, поэтому конденсаторы часто используются в качестве поглотительных элементов. Чтобы предотвратить колебания, часто добавляют демпфирующий резистор, чтобы сформировать цепь поглощения сопротивления емкости. Контур емкостного сопротивления может быть подключен на стороне переменного тока и на стороне постоянного тока схемы или подключен параллельно между анодом и катодом тиристора.Лучше всего использовать неиндуктивные конденсаторы для цепи поглощения, а проводка должна быть как можно короче.

РИС. RC демпферная цепь с обратной поляризацией

РИС. Неполяризованная демпфирующая цепь

2) Абсорбционная петля, состоящая из нелинейных элементов

Постоянная времени RC схемы абсорбции сопротивление-емкость, описанная выше, является фиксированной, и иногда она не может разрядить перенапряжение за короткое время, высокое пиковое значение и большая энергия, а эффект подавления перенапряжения слабый. Поэтому, как правило, нелинейные компоненты, такие как селеновые батареи или варисторы, также подключаются параллельно на входных и выходных линиях преобразователя.

Рабочее напряжение селеновой батареи зависит от температуры, и чем ниже температура, тем выше будет выдерживаемое напряжение. Кроме того, селеновый стек обладает свойством самовосстановления и может использоваться повторно. После действия перенапряжения прожоги на селеновой подложке снова покрываются растворенным селеном, и рабочие характеристики снова восстанавливаются.

Варистор представляет собой нелинейный резистор из оксида металла на основе оксида цинка. Он имеет два электрода, между которыми заполнены микрокристаллы неправильной формы ZNO с размером частиц 10-50 мкм. Между кристаллами есть слои частиц оксида висмута размером около 1 мкм. Этот зернограничный слой находится в состоянии с высоким импедансом при нормальном напряжении с небольшим током утечки менее 100 мкА. При приложении напряжения возникает электронная лавина, межзеренный пограничный слой быстро переходит в состояние с низким импедансом. Ток быстро увеличивается, теряя энергию и подавляя перенапряжение, тем самым защищая тиристор. После выброса зернограничный слой вернулся в состояние с высоким сопротивлением.

2. Защита от перегрузки по току

Из-за небольшого размера и небольшой теплоемкости полупроводниковых устройств, особенно для высоковольтных и сильноточных силовых устройств, таких как тиристоры, температура перехода должна строго контролироваться, иначе они будут быть полностью поврежденным.Когда через тиристор протекает ток, превышающий номинальное значение, не хватает времени для рассеивания тепла, что приводит к быстрому повышению температуры перехода и, в конечном итоге, выгорает слой перехода.

Существуют различные причины перегрузки по току, например, тиристор самого преобразователя поврежден, цепь запуска или система управления выходит из строя, напряжение источника питания переменного тока слишком высокое, слишком низкое или не совпадает по фазе, нагрузка перегрузка или короткое замыкание, влияние сбоев соседнего оборудования и т. д.

Наиболее часто используемым методом защиты от перегрузки по току является использование быстродействующего предохранителя. Поскольку плавкий предохранитель срабатывает слишком медленно, тиристор мог сгореть до того, как сгорел предохранитель, поэтому его нельзя использовать для защиты тиристора. В высокоскоростном предохранителе серебряный предохранитель погружен в кварцевый песок, поэтому он имеет очень короткое время плавления, которое можно использовать для защиты тиристора.

Как работает защита от сверхтока?

---

Если вы читаете эту статью и хотите узнать больше об электронике, добро пожаловать на новостной канал на нашем сайте в любое время!

Датчики

| Бесплатный полнотекстовый | Идентификация схем переключения тиристоров при выключении затвора с помощью датчиков акустической эмиссии

1.

Введение в предмет исследования Анализ сигналов акустической эмиссии (АЭ) широко используется для обнаружения повреждений твердых материалов. Наиболее популярными областями применения являются наблюдение за явлениями усталости и трещинами в стальных конструкциях [1,2,3,4], телами качения в подшипниках [5,6] или возникновением частичных разрядов в силовых трансформаторах [7,8] и распределительные устройства среднего напряжения [9,10,11]. Были попытки распознавать сигналы АЭ в низковольтных биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT) [12,13,14,15,16] даже при изменении температуры перехода и корпуса [17].Следует отметить, что испытания АЭ применялись к малым упаковочным низковольтным полупроводникам (без электрической изоляции, вставленной между датчиком АЭ и корпусом устройства), но можно предположить, что распространение упругих волн в гораздо более крупных структурах будет вести себя иначе из-за протяженности внутренний объем различных видов упаковки и использование изоляционных вставок для работы на среднем напряжении.

Это основная причина, по которой тиристоры отключения затвора (GTO) и новые тиристоры с управлением затвором все еще широко используются в мощных средневольтных устройствах, таких как главные двигательные установки судов.В статье представлена ​​возможность использования датчика акустической эмиссии для диагностики ранних стадий дислокаций и структурных трещин внутри запорных тиристоров.

1.1. Типы корпусов и упаковки устройств силовой электроники

Кремниевый тиристор выпрямителя (SCR) можно рассматривать как первое полууправляемое устройство, которое положило начало силовой электронике среднего напряжения. В настоящее время это устройство в своей базовой не полностью управляемой форме в значительной степени исчезло из приложений среднего напряжения, постепенно заменяясь эксклюзивными GTO, а в течение нескольких лет их модернизированной версией, называемой тиристорами с управляемым затвором (GCT) и интегрированными тиристорами с управляемым затвором (IGCT). ).Можно предположить, что интегрированный управляемый тиристор с затвором состоит из структуры GTO, объединенной со схемой электронного драйвера, обеспечивающей работу в безопасном рабочем диапазоне, сниженными коммутационными потерями и малым временем хранения [18].

Тиристоры, предназначенные для работы на среднем напряжении, обычно изготавливаются в виде керамического диска с металлическими анодными и катодными пластинами. Для правильной работы они должны эффективно охлаждаться с помощью радиатора, прикрепленного к пластинам среднего напряжения. Это, конечно, основной источник шумов, возникающих из-за сильного электрического поля (из-за близости высоковольтных электродов) и электромагнитного поля (возникающего из-за протекания тока).Из-за цикла переключения внутренняя структура и внутренние слои кремния будут подвергаться постоянным механическим напряжениям, возникающим в результате повторяющихся циклов нагрева и охлаждения.

Повторяющиеся изменения температуры являются основной причиной термического напряжения, износа и, в конечном итоге, разрушения полупроводниковой структуры. Для проектировщиков эти нагрузки представляют собой серьезную проблему при проектировании и эксплуатации устройств силовой электроники, и большое количество публикаций было посвящено тепловым явлениям, происходящим внутри электроники на основе силикона.

Можно предположить, что проблемы термомеханического проектирования устройств силовой электроники можно определить в терминах следующих категорий [19]:

—

небольшие изменения температуры, вызывающие термоупругую деформацию,

—

поля напряжений, возникающие в результате значительные изменения температуры перехода, внутренней температуры и смещений, а также эффекты неравномерного распределения температуры.

—

упругая или упругопластическая деформация из-за таких эффектов, как тепловой удар, ползучесть, релаксация напряжений, разрыв напряжения и термическая усталость.

Для решения некоторых из вышеупомянутых проблем в производстве силовых тиристоров используются две основные технологии: легирование и технология свободно плавающего кремния [20].

Вакуумная пайка с использованием алюминиевых и кремниевых сплавов является широко используемым методом пайки сплавов для соединения кремниевых чипов с молибденовыми термокомпенсаторами. Использование такой технологии обеспечивает прочное соединение кремниевого чипа с диском из молибдена с хорошей циклической способностью и довольно низким тепловым сопротивлением.

В этом случае для установки требуется некоторая внешняя сила со стороны катода тиристора, чтобы обеспечить прочный тепловой контакт.Тем не менее, поскольку легирование является высокотемпературным процессом, в структуре Si-Mo проявляются термомеханические напряжения из-за различных коэффициентов теплового расширения кремния и молибдена.

Однако при объединении силиконовых чипов с внешними пластинами шасси большего диаметра этот вопрос становится еще более важным. Технология свободно плавающего кремния представляет собой полупроводниковый слой с катодом и анодом, металлизацию между ними и термокомпенсаторы. Из-за отсутствия паяных соединений можно различить только термические и электрические контакты давления между силиконовой пластиной и термокомпенсатором.Преимуществом конструкции прижимного контакта является отсутствие деформации и остаточных напряжений, возникающих при пайке кремниевой пластины с тепловым компенсатором из-за разницы в коэффициентах расширения. Эта особенность чрезвычайно важна при изготовлении полупроводниковых компонентов, особенно больших диаметров. Еще одно важное преимущество технологии сыпучего кремния состоит в том, что поверхностные слои кремния не растворяются в процессе производства. С другой стороны, существует более высокое тепловое сопротивление со стороны анода по сравнению с технологией пайки.

Еще одним фактором, связанным с явлением температурного расширения и изменениями геометрических размеров, является тип корпуса тиристора [21]. На рисунке 1 представлено несколько типов корпусов тиристоров, начиная от маломощных устройств, заключенных в небольшие пластиковые корпуса, а затем закрепленных болтами. устройства для плоских (или прессованных) систем для систем большой мощности и высокого напряжения. Из-за технологических ограничений тиристоры, заключенные в плоские корпуса, должны устанавливаться под определенным и точно регулируемым давлением, чтобы обеспечить надлежащий электрический и тепловой контакт между полупроводниковым слоем и внешними металлическими электродами.Тиристоры большого диаметра не следует припаивать или приклеивать непосредственно к большому медному полюсному наконечнику плоского блока из-за значительной разницы в коэффициенте теплового расширения (CTE). Чтобы избежать этой проблемы, контакт как анода, так и катода достигается с помощью узла давления.

Из-за различий в способах установки и подключения внутренних слоев, а также в типе корпуса ожидается, что сигналы акустической эмиссии также будут изменяться во время переключения.

1.2. Явления внутри циклического тиристора GTO

Тиристоры отключения затвора, в отличие от тиристоров, являются полностью управляемыми переключателями, которые позволяют включать и выключать подачу напряжения на вывод затвора. Классические кремниевые выпрямленные тиристоры можно выключить, только уменьшив анодный ток ниже значения тока удержания. Поэтому полууправляемые тиристоры SCR — не лучший выбор для приложений постоянного тока. Тиристор GTO может быть включен определенным током, подаваемым на затвор и анод, и он проводит до тех пор, пока этот поддерживающий ток не достигнет надлежащего значения.Этот тиристор можно выключить, просто подав сигнал тока затвора отрицательной полярности. Явление включения в GTO более надежно, чем в тиристоре SCR, и для повышения надежности необходимо поддерживать постоянный ток затвор-анод.

Важным вопросом при создании силовых электронных устройств является минимизация паразитной индуктивности внутри конструкции и уменьшение значения индуктивности между выводами и анодными и катодными пластинами. Крепление к клеммам должно быть спроектировано таким образом, чтобы минимизировать индуктивность, чтобы исключить скачки перенапряжения во время процесса переключения.Из-за паразитных индуктивностей внутри полупроводниковой структуры может возникнуть высокочастотный звон при быстром изменении состояния. Как и в любой конструкции силовой электроники, емкость полупроводниковых слоев и отливки также создает проблему взаимных электромагнитных помех между двумя или более устройствами, когда они расположены близко друг к другу. В некоторых ситуациях эти емкости могут вызвать срабатывание заряда схемы затвора и, следовательно, нежелательное переключение и серьезные отказы оборудования [21].Помимо вышеупомянутого, разработчики силовых электронных устройств должны в первую очередь учитывать тепловые эффекты, возникающие во время проводимости и переключения тиристоров. В отличие от тиристоров SCR, во время включения тиристору GTO постоянно требуется ток затвора в диапазоне от 20 до 30 процентов проводящего тока. Это дополнительно увеличивает температуру стыков и сильно влияет на деформации и дислокации внутри конструкции. Процесс выключения инициируется приложением отрицательного напряжения между затвором и катодом тиристора.Прямой ток используется для создания напряжения катод-затвор, что приводит к уменьшению прямого тока анода, и тиристор отключается. Что касается внутренней полупроводниковой структуры, то внутри структуры распределены крошечные эмиттерные мезапятны одинаковой ширины и длины (рис. 2), которые позволяют одинаково протекать ток выключения на каждом пути.

В случае отсутствия однородного тока во время периода выключения может произойти филаментация и, как следствие, динамическая лавина, что приведет к сильному нагреву и выгоранию кремниевого элемента.

Усталость полупроводникового материала возникает из-за несоответствия коэффициентов теплового расширения между прилипающими материалами с разными коэффициентами, поскольку термоциклирование частоты переключения может значительно увеличить процесс усталости, что можно обнаружить с помощью упругих волн внутри конструкции. При изменении температуры внутренние пластины расширяются и сжимаются с разной скоростью, что является основной причиной растрескивания и отслоения паяного слоя. Некоторые КТР популярных материалов, используемых в устройствах силовой электроники, приведены в таблице 1.Сильное повышение температуры также играет важную роль в процессах химической деградации, таких как рост дендритов и миграция выступов, поэтому сохранение размеров охлаждающих пластин достаточно большими и обеспечение эффективного охлаждения является одним из наиболее важных вопросов, связанных с конструкцией и правильной работой силовые электронные устройства [22]. Временные значения анодного тока во время включения и напряжения анод-катод во время выключения являются параметрами, необходимыми для правильного управления системой и достижения надежной работы.Эти значения никогда не должны превышать допустимый уровень, указанный производителем. Когда в проводящем состоянии области устройства около затвора начинают проводить ток, необходимо обеспечить достаточное время для того, чтобы вся область катода начала проводить ток до того, как токи короткого замыкания станут слишком высокими. Если скорость нарастания прямого анодно-катодного напряжения слишком высока, тиристоры могут запускаться (или автоматически запускаться) в режим проводимости из режима прямой блокировки из-за емкости перехода. Чтобы избежать влияния скачков напряжения переключения, в качестве защитных цепей используются дополнительные конденсаторы и резисторы, известные как демпферы.Их можно найти в других силовых полупроводниковых устройствах. Отсутствие демпферов может повредить кремниевую структуру и способствовать созданию нежелательных сигналов акустической эмиссии, искажающих частотный спектр. Все вышеперечисленные процессы являются частью процесса износа тиристорной пластины наряду со старением естественной структуры. Согласно [23], из-за старения происходят некоторые тонкие изменения, такие как изменение формы волны анодного напряжения во время процессов включения, указывающих на физические изменения в схеме затвора тиристора.

1,3. Сигналы акустической эмиссии и анализ

Из-за цикличности переключения GTO явления, происходящие внутри его структуры, будут наиболее заметными на рабочих частотах тиристора. Можно выделить следующие типы работы тиристоров: включение, состояние включения / блокировки и события отключения. В этой статье рассматривается использование сигналов АЭ, полученных в выпрямляющем режиме работы, поэтому ожидаемые упругие волны, распространяющиеся по структуре GTO прессового пакета, в конечном итоге будут содержать частоты электросети и их кратные значения, поскольку происходит некоторое отражение внутренних волн.Анализ акустического сигнала можно признать математическим методом обработки сигнала для получения ценной информации о внутреннем состоянии твердого объекта. В случае устройств силовой электроники сигналы, поступающие от датчика, могут включать в себя большое количество «загрязнений» в виде электромагнитных помех или сильного шума электрического поля, которые необходимо удалить. Полезные сигналы, полученные при работе с номинальными параметрами (ток, напряжение или температура перехода), могут стать шаблоном, и любое ненормальное состояние внутренней структуры тиристора должно привести к изменению сигнала АЭ.При анализе сигналов АЭ во временной области, а именно зависимости амплитуды ускорения от времени для количественной оценки силы сигнала упругой волны, необходимы (и наблюдаются) несколько параметров: амплитуда, размах колебаний и среднеквадратичное значение. Как уже упоминалось, любой сигнал, поступающий от полупроводникового устройства, включает в себя множество дополнительной информации, которая может быть представлена ​​как смесь сигналов с разными амплитудами и частотами. Их анализ во временной области не очень полезен, поэтому были введены соответствующие методы анализа сигналов, которые теперь широко используются в диагностике.Каждый из них имеет разные свойства и лучше подходит для различных приложений. Это быстрое преобразование Фурье (FFT), частотная спектрограмма и спектральная плотность мощности (PSD).

БПФ разлагает полученный сигнал на ряд Фурье, содержащий отдельные компоненты синусоидальной волны. В числовых приложениях охотно используется быстрое преобразование Фурье в его самой быстрой форме прореживания во времени Radix-2 (DIT). Его можно легко применить к коду цифрового процессора сигналов [24] и работать в режиме реального времени.Результатом работы Radix-2 над входящими сигналами являются данные, содержащие зависимость амплитуды ускорения от частоты. Эти данные позволяют анализировать сигналы в частотной области и в диагностических приложениях, подавляющее большинство анализов обычно выполняется в такой области. БПФ достаточно хорош для обнаружения и анализа сигналов стационарного состояния, но при длительной работе устройств силовой электроники такие параметры, как температура перехода, а также геометрические размеры (из-за КТР) изменятся.Это, в свою очередь, повлияет на сигналы акустической эмиссии, исходящие от конструкции. В таком случае более удобно использовать частотную спектрограмму, которая в основном создает и объединяет серию БПФ и накладывает их на один график, чтобы проиллюстрировать, как спектр в частотной области изменяется со временем. Частотная спектрограмма может быть очень полезной для иллюстрации того, как спектр акустической эмиссии изменяется в изменяющейся окружающей среде. Другой способ описания вклада отдельных частотных составляющих в общий сигнал — это так называемая спектральная плотность мощности.Многие акустические сигналы во время переходных состояний включают в себя некоторый шум, возникающий из состояний, которые динамически меняются на многих частотах одновременно. Хотя БПФ достаточно хорош для анализа сигналов упругих волн, когда имеется конечное число доминирующих частотных компонентов, спектральные плотности мощности в основном используются для характеристики случайных сигналов. Поскольку идеальный спектр состоит из бесконечного числа компонентов, простой расчет общей рассеиваемой мощности невозможен, поэтому удобнее обозначать его мощностью на частоту (или полосу пропускания), получая единицы V ² / Гц.Такой спектр называется спектром плотности мощности (PDS), а значение плотности называется спектральной плотностью мощности (PSD) [25]. Значения PSD получаются путем умножения каждого частотного бина в быстром преобразовании Фурье на его комплексное сопряжение, что приводит к реальному спектру амплитуды, описанному в g ² . Анализ спектральной плотности мощности в случае изменяющихся зашумленных сигналов кажется более полезным, чем БПФ, потому что значение амплитуды нормируется на ширину частотного элемента, что, в свою очередь, приводит к единицам, описываемым как g ² / Гц.Использование PSD имеет еще одно преимущество перед БПФ, а именно: зависимость от ширины бинов исчезает, поэтому сигналы сравнения разной длины становятся простыми. Если рассматривать его преобразование Фурье в интервале ± T / 2 как X (ω) для сигнала временной области, обозначенного как x ( t) спектральная плотность мощности определяется как:

SX (ω) = limT → ∞E {| X (ω) | 2} T

(1)

а площадь под кривой спектра представляет полную мощность сигнала, которая определяется следующим уравнением:

x − 2 = ∫ − ∞ + ∞SX (f) df = 2∫0∞SX (f) df

(2)

Что можно считать преимуществом, так это то, что анализ временных рядов нестационарных сигналов АЭ показывает, как энергия распределяется в течение периода измерения.В настоящее время широко используется программное обеспечение, которое выполняет вышеупомянутые операции в режиме реального времени, поэтому анализ и онлайн-мониторинг внутреннего состояния материалов также возможен для автономной работы. Конечно, существуют предварительно запрограммированные компактные системы, созданные для таких операций, но они предназначены для специализированных областей, и исходящие сигналы могут быть сильно отфильтрованы, что делает их не очень практичными для анализа сигналов излучения силовой электроники [26].

2. Материалы и методы, использованные в экспериментах

В практических применениях датчиков акустической эмиссии они используются для обнаружения высокочастотных энергетических сигналов, которые генерируются в трещинах внутренней структуры, когда часть материала смещается или когда контактирующие слои разные коэффициенты расширения.Эти сигналы распространяются во всех направлениях внутри конструкции и, конечно же, изгибаются и отражаются от материальных границ разной плотности. Зная об этих проблемах, есть хороший шанс измерить такие сигналы (проявляющиеся в виде упругих волн), преобразовать их в электрические сигналы и отправить их в систему мониторинга или диагностики. Чем сложнее структура, тем больше следует ожидать отраженных, изогнутых и наложенных сигналов, но после точной фильтрации все же можно получить большой объем диагностической информации.Амплитуда электрических сигналов довольно мала (до десятков милливольт), поэтому сигналы усиливаются, а детекторы конечных шагов имеют встроенные фильтры. Эти сигналы можно анализировать по-разному в зависимости от характера ожидаемых явлений. В большинстве случаев такие сигналы используются для обнаружения трещин, разрывов и износа внутри механических конструкций, а также для обнаружения частичных электрических разрядов. Все вышеупомянутые факты хорошо известны, и устройства обнаружения имеют фильтры, настроенные на усиление интересных и хорошо известных частот, указывающих на начало деструктивных процессов.Природа явлений, происходящих внутри многослойных полупроводниковых устройств прессованного типа, полностью не известна, поэтому крайне важно добиться неизменности сигналов АЭ, что означает невозможность использования широко используемых коммерческих и специализированных записывающих устройств и устройств обнаружения. Самый удобный и очевидный способ получить широкий спектр сигналов акустической эмиссии, генерируемых внутри полупроводниковой структуры, — это использовать широкополосный датчик АЭ, подключенный непосредственно к осциллографу без предварительных усилителей и фильтров.Это позволяет наблюдать чистые, необработанные электрические сигналы, которые, конечно, содержат много бесполезной информации, но дальнейший анализ может выявить интересное поведение переключающих элементов и может привести к созданию уникальных, правильных сигналов схемы переключения. Этот шаблон может использоваться для наблюдения за исходящими сигналами в реальном времени и может сообщать о неисправностях на ранней стадии или преждевременных отказах.

Поскольку отсутствуют ссылки на источники информации, охватывающие частоты, генерируемые внутри переключающих тиристоров, широкополосный датчик частоты был типизирован для использования и обнаружения всех видов акустической эмиссии, возникающей в исследуемой полупроводниковой структуре.

Тонкий пьезоэлектрический материал в форме диска, преобразующий деформацию материала в электрический сигнал, является важным активным элементом датчика АЭ. Для обеспечения хорошей электропроводности поверхности пьезоэлектрических элементов металлизированы, а для предотвращения электромагнитных помех вся конструкция помещается внутри закрытого цилиндра, сделанного из металла. Кристаллы титаната и цирконата, смешанные с другими материалами, широко используются в преобразователях АЭ. Пьезоэлектрические свойства достигаются полированием керамического материала.Этот процесс включает нагрев элемента выше точки Кюри в присутствии электрического поля и, наконец, он создает асимметричную внутреннюю кристаллическую структуру [27]. В качестве наиболее многообещающего и широко используемого устройства был выбран датчик WSα, откалиброванный на заводе. Частоты, обнаруживаемые WSα в соответствии с рисунком 3, находятся в диапазоне от 0 до 1000 кГц, таким образом, любые потенциально интересные частоты полностью покрываются выбранным датчиком.

2.1. Распознавание устойчивости датчика AE к шуму EMI

Главный вопрос заключается в том, какие сигналы обнаруживает датчик акустической эмиссии при работе на близком расстоянии от объекта, проводящего ток.В статье тиристор GTO большой мощности представляет собой объект, который генерирует определенные исходные сигналы АЭ в режиме блокировки / проводимости, и через его структуру протекает особенно большой ток. Этот сильный ток создает магнитное поле, которое движется через полупроводниковые слои, металлический корпус и жгут проводов, поэтому оно будет влиять на работу преобразователя и окончательные показания. Поскольку пути распространения и природа сигналов АЭ в полупроводниковых слоях точно не известны, кажется разумным проводить измерения с использованием широкополосного датчика и применять фильтрацию в самом конце.

Конструкция используемого в наших экспериментах широкополосного датчика АЭ (WSα) состоит из слоев, которые размещены на керамической пластине. Эта керамическая пластина кладется на поверхность исследуемого материала или полупроводникового прибора (см. Рисунок 4). Кроме того, он создает изолирующий слой для предотвращения коротких замыканий на проводящей поверхности. Внутри металлического корпуса находится полностью закрытый кристалл для защиты от радиопомех и электромагнитных помех, который преобразует колебания в электрические сигналы. Из-за ширины керамической пластины и наличия сильного магнитного поля, создаваемого током, протекающим через испытуемый тиристор, возникают вопросы о влиянии магнитного поля на измерения.Перед проведением дальнейших измерений акустической эмиссии крайне важно знать, насколько датчик подвержен электромагнитным помехам. К сожалению, производители датчиков акустической эмиссии не предоставляют подробную информацию об их устойчивости к помехам магнитного и электрического полей, поэтому необходимо было проверить реакцию датчиков в присутствии магнитного поля. Для ответа на этот вопрос был установлен лабораторный стенд, оснащенный автотрансформатором, лабораторной катушкой, диодом, датчиком Холла акустической эмиссии и магнитного поля.Последний использованный преобразователь был типа Ah59E с усилителем LM393, встроенным в печатную плату и питаемым от батареи. Оба датчика были размещены на закрепленной на месте катушке, и с помощью автотрансформатора был изменен ток, протекающий через катушку (Рисунок 5). Тесты включали размещение датчика AE подальше от верхней части соленоида, чтобы найти взаимосвязь между ближним магнитным полем и показаниями датчика акустической эмиссии. Датчик АЭ помещался на стопку бумаги разной толщины 0.05 мм (один лист), 20 мм, 45 мм и 85 мм.

Синусоидальное напряжение, исходящее от автотрансформатора, подавалось на катушку, и сигналы акустической эмиссии, магнитного поля и тока регистрировались на осциллографе.

Принимая во внимание, что длина провода катушки намного больше ее диаметра, магнитное поле внутри обмотки определяется как B = μ ₀ nl, где μ ₀ — постоянная магнитной проницаемости, n — количество витков катушки, а I означает текущий поток. При токе, протекающем через катушки, магнитное поле, создаваемое внутри соленоида, можно записать как:

Зная, что магнитный поток для данной области равен значению площади, умноженному на компонент магнитного поля, перпендикулярный площади проникновения, согласно следующему уравнение.

Это соотношение может быть представлено как: Предполагая, что магнитный поток зависит от протекающего тока, и вводя параметр катушки, известный как самоиндукция Φm = L I, индуктивность N витков индуктора может быть выражена как: где l — длина провода катушки, S — площадь поперечного сечения, а N — количество витков медного провода.

После применения известных значений тока и параметров катушки в уравнениях (4) и (5) были рассчитаны значения магнитной индукции и потока. Эти цифры подтверждены результатами измерительных испытаний с помощью датчика Холла, прикрепленного к прицелу.

Соленоид, выбранный для испытания, имел собственную индуктивность 0,17 Гн при диаметре, равном 11 см, а ток, протекающий через катушку, был установлен на 1 А среднеквадратичное значение (1,41 А в пике). Значение магнитного поля, измеренное непосредственно в центральной точке катушки, было равно 25 Гаусс, а кривые, полученные на осциллографе, представлены на следующих рисунках. Как видно из рисунка 6, сигнал синусоидального тока создает сигнал синусоидального магнитного поля (оба находятся в фазе), что вызывает колебания.Сигналы акустической эмиссии быстро меняются, когда ток и магнитное поле пересекают нулевое значение.

Из полученных форм сигналов можно сделать вывод, что сигнал, обнаруживаемый датчиком WSα, зависит от напряженности магнитного поля. В показанном случае магнитное поле уменьшалось с расстоянием. Когда расстояние между датчиком и центром катушки составляло 85 мм, в полученном сигнале не было шумовых помех и магнитное поле не наблюдалось.

Следующие испытания касались реакции датчика AE на протекание выпрямленного постоянного тока.Опять же, использовалась та же катушка, а силовой диод был включен последовательно. Как и в предыдущих тестах, значения магнитного поля регистрировались вместе с увеличением расстояния между датчиком и катушкой. В этом случае не было обнаружено какого-либо значимого паразитного сигнала, поэтому можно сделать вывод, что выпрямленный ток и постоянное знаковое магнитное поле не влияют на показания сигнала АЭ (см. Рисунок 7). Представленные результаты, описывающие поведение преобразователя АЭ, действительны для сильных магнитных полей, созданных намеренно с помощью тока, протекающего через массивный индуктор.Следует отметить, что в практическом применении не будет таких высоких значений магнитных полей, создаваемых полупроводниковыми структурами. Эти относительно слабые поля будут возникать в основном из-за переноса завихренности электронов [28], и большая ее часть будет «перехвачена» и рассеяна. в металлических пластинах, являющихся неотъемлемой частью корпуса пресс-пака ГТО.

2.2. Сигналы АЭ Обнаружение ГТО в режиме выпрямления

Для получения сигналов акустической эмиссии, исходящих от нового и неиспользованного тиристора в режиме выпрямления, был подготовлен лабораторный испытательный стенд.Из-за природы акустической эмиссии распространение продольных и поперечных волн в твердых материалах происходит в основном за счет быстрого движения частиц материала во время трещин в микромасштабе. Гораздо более крупные дислокации, трещины и изломы могут быть источником низкочастотных сигналов, которые, в свою очередь, могут быть обнаружены с помощью детектора электромагнитного поля [29,30]. Последний метод не рассматривался в проведенных испытаниях, но из-за необходимости минимизировать влияние магнитных полей на показания преобразователя, все элементы исследуемой системы были размещены как можно дальше друг от друга.Как и в предыдущих тестах, использовался зонд магнитного поля на эффекте Холла вместе с WSα. Оба датчика были размещены в верхней части металлического корпуса со стороны анода, как показано на Рисунке 8.

Цепь зажигания GTO была подключена к источнику постоянного тока 30 В, 20 А, который обеспечивал ток, достаточный для схемы затвора. В отличие от большинства классических тиристоров, используемых в экспериментах, GTO постоянно нуждается в пусковом токе, когда он находится в проводящем режиме, и его величина сильно зависит от проводимого тока.

Тиристор и датчик АЭ были плотно прижаты непроводящей акриловой пластиной.Для улучшения распространения волны внутрь преобразователя контактная поверхность была покрыта гелем на основе силикона. Анод-катодные выводы тиристоров питались переменным сильноточным низковольтным питанием.

Испытания заключались в питании анодной цепи тиристора переменным напряжением, управляемым сильноточным автотрансформатором, и зажигании цепи затвора путем подачи постоянного тока на выводы затвор-анод. Это заставляло протекать выпрямленный ток величин, зависящих от приложенного напряжения, проводов и сопротивления анод-катод полупроводниковой структуры.Испытания проводились на 40, 60, 80 и 100 ампер соответственно. Выбранные результаты представлены на рисунке 9. Как можно видеть, величина сигналов акустической эмиссии (необработанные данные) увеличивается с увеличением значений тока. Поскольку испытуемый тиристор способен длительно проводить 1200 А (при надлежащем охлаждении), величина необработанного сигнала АЭ может достигать примерно 80 мВ (при условии линейного увеличения с током — Рисунок 10), поэтому для получения полного спектра акустических сигналов эмиссионного сигнала следует использовать соответствующий тип преобразователя.

Осциллограф с подключенным к АЭ преобразователю, датчиком эффекта Холла и амперметром Дитца записал три формы волны, которые позже были импортированы в рабочее пространство Matlab для выполнения автономного анализа сигнала.

Последний дополнительный тест, который был проведен, касался разрыва грифеля карандаша. Грифель карандаша сломан о плоскую твердую поверхность верхней прижимной пластины. Целью такого теста была проверка возможности получения сигнала внешней эмиссии при протекании тока и коммутации линейных тиристоров в выпрямительном режиме.Как видно на рисунке 11, амплитуда сигнала разрыва карандаша была настолько высока по сравнению с обычными сигналами, исходящими изнутри проводящего тиристора, что вертикальная шкала осциллографа была увеличена в 5 раз с 2 мВ / дел до 10 мВ. / дел.

При проведении испытания оторвавшаяся часть свинца отскочила от поверхности прижимной пластины, что привело к появлению дополнительного эмиссионного сигнала. Данные, полученные в ходе теста, были перенесены в Matlab, и был проведен анализ сигналов методом БПФ.

3.Результаты

Для сигналов, полученных в экспериментальных исследованиях во временной области, использовалось преобразование БПФ в частотном диапазоне акустической эмиссии, расширенном до 5 МГц. Как оказалось, единственные видимые полосы спектра присутствуют в диапазоне очень низких частот, как это видно на Рисунке 12 (синяя вертикальная линия, перекрывающая ось сигнала АЭ).

Это ясно показывает, что внутренняя структура тиристора GTO во время регулярной операции выпрямления не является источником высокочастотных акустических сигналов.Полученные результаты быстрого преобразования Фурье были увеличены, а ось частот ограничена до 2 кГц.

Величина сигналов преобразователя увеличивается с увеличением амплитуды тока, и значимые элементы спектра наблюдаются до 600 Гц. Из рисунка 13 видно, что частоты упругих волн внутри полупроводниковой структуры зависят только от частоты выпрямленного тока. Смещение, происходящее в материале пресс-пакета, создает сигнал базовой частоты (50 Гц), и волна распространяется во всех направлениях объема тиристора.На основе анализа спектра можно увидеть, что присутствующие в сигнале гармоники кратны основной гармонике 50 Гц. Они генерируются отражением упругих волн от границ тиристорной структуры. Более высокие значения сигнала воспринимаются датчиком АЭ, расположенным ближе к отраженным волнам и основным источником смещения материала и трения. Как видно из рисунка 14, датчик обнаружил упругие волны разрыва карандаша, но энергия сигнала перекрывалась сигналы, исходящие от внутреннего расширения материала, и все дополнительные отраженные волны присутствовали внутри конструкции GTO.

Анализ БПФ кажется достаточно хорошим для сигналов краткосрочного анализа (до нескольких циклов), но он не принимает во внимание тепловое расширение, которое проявляется при длительной работе.

Чтобы получить желаемую информацию о том, как сигналы акустической эмиссии изменяются при отклонениях температуры, следует выбрать систему, измеряющую спектральную плотность мощности в реальном времени.

4. Обсуждение результатов

На основании проведенных экспериментальных испытаний можно сделать следующие выводы.Можно использовать широкополосный датчик АЭ для определения сигналов акустической эмиссии нового тиристора GTO, работающего в режиме выпрямителя. Полученные осциллограммы сильно зависят от частоты переключения тиристоров. Обычные системы, оснащенные предусилителем, отфильтровывают низкие частоты, но в случае полупроводников эта информация может быть полезна для оперативного мониторинга или диагностики состояния. В соответствии с характером распространения гибких волн датчик АЭ также обнаруживал волны, отраженные внутри полупроводниковой структуры, которые можно было использовать для наблюдения за изменениями объема, вызванными аномальными условиями, такими как перегрев, внутренние дислокации или уменьшение давления пластины пластины.

Проведенные испытания не показали наличия сигналов частот, характерных для диапазона акустической эмиссии (диапазон от 1 кГц до 1 МГц) при штатной эксплуатации ГТО. Датчик WSα достаточно устойчив к электромагнитным помехам, возникающим на металлических пластинах корпуса пресса, и, как показали результаты испытаний, магнитные поля, возникающие в результате постоянного тока до 100 А, не мешают работе датчика AE. Согласно нашим тестам, использование такого типа преобразователя вблизи индуктивных элементов, генерирующих сильные магнитные поля, приведет к созданию паразитных сигналов, которые могут перекрывать полезные сигналы акустической эмиссии.

5. Выводы

Представленный метод можно рассматривать как новый подход к диагностике устройств силовой электроники в прессовой упаковке. На данный момент нет широко доступной информации о практических применениях сигналов акустической эмиссии и их изменении при деградации, старении или любых других, касающихся процессов, происходящих в переключаемых полупроводниковых устройствах. Полученные сигналы АЭ можно использовать в качестве эталона в системах онлайн-мониторинга, контролирующих работу тиристора.Сравнивая их с реальными сигналами, поступающими от работающего GTO, любые заметные изменения могут быть признаком нарушений, происходящих в конструкции. Из-за возможных внутренних дислокаций полупроводниковой структуры, трещин и изломов ожидается появление высокочастотных сигналов АЭ, хотя до сих пор не было представлено никаких доказательств такого эффекта. С другой стороны, из-за наблюдаемого старения многослойной структуры, особенно по прошествии длительного времени, в характеристиках сигнала в амплитудах тока, исходящих, особенно от структур схемы затвора, ожидаются небольшие, но заметные изменения.Полученные результаты будут тогда своего рода эталоном для хорошего, полностью работоспособного тиристора, поэтому любые сигналы, которые не соответствуют шаблону, могут быть проанализированы как возможное ухудшение структуры.

Чтобы полностью проверить пригодность представленного метода для проверки состояния полупроводниковой системы, необходимо провести дополнительные испытания, в том числе длительное воздействие более высоких значений токов (по крайней мере, до номинальных значений) и электропитание тиристор на номинальное среднее напряжение.Последнее требование делает необходимым для обеспечения безопасности оборудования и операторов использовать изолирующие прокладки (например, слюдяные пластины), которые будут действовать как электрическая изоляция, но рассеивают большое количество полезных высокочастотных сигналов акустической эмиссии. Это заставляет использовать другие типы датчиков, подверженных сильному электрическому полю, например, сделанные из стекловолокна.

Вклад авторов

Концептуализация, M.K., A.B. и A.T .; методология, М.K., A.B .; программное обеспечение, М.К .; валидация, M.K., A.B .; формальный анализ, А.Т .; расследование, М.К. и A.B .; ресурсы, М.К., А.Б. и A.T .; письменность — подготовка оригинального черновика, М.К .; написание — просмотр и редактирование, A.B. и A.T .; привлечение финансирования, A.B. и А. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Финансирование

Это исследование частично финансировалось Морским университетом Щецина, грант № 2 / S / 2 / KEiE / 2020.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Ссылки

1. Yu, J .; Ziehl, P .; Zarate, B .; Кайседо, Дж. М. Прогнозирование роста усталостной трещины в компонентах стальных мостов с использованием акустической эмиссии. J. Constr. Steel Res. 2011 , 67, 1254–1260. [Google Scholar] [CrossRef]
2. Roberts, T.M .; Талебзаде М. Акустико-эмиссионный мониторинг распространения усталостной трещины. J. Constr. Steel Res. 2003 , 59, 695–712. [Google Scholar] [CrossRef]
3. Mazal, P .; Власич, Ф .; Кула, В. Использование метода акустической эмиссии для выявления образования усталостных микротрещин.Proc. Англ. 2015 , 133, 379–388. [Google Scholar] [CrossRef]
4. Krampikowska, A .; Pała, R .; Dzioba, I .; Свит, Г. Использование метода акустической эмиссии для определения роста трещин в стали 40 CrMo. MDPI Mater. 2019 , 12, 2140. [Google Scholar]
5. Sharma, R.B .; Парей, А. Моделирование акустической эмиссии в подшипниках качения. Прил. Акуст. 2019 , 144, 96–112. [Google Scholar] [CrossRef]
6. Miettinen, J .; Андерссон П. Акустическая эмиссия подшипников качения, смазанных загрязненной консистентной смазкой.Трибол. Int. 2000 , 33, 777–787. [Google Scholar] [CrossRef]
7. Шейкер, Ю.О. Обнаружение акустической эмиссии частичного разряда в силовом трансформаторе. Int. J. Electr. Comput. Англ. 2019 , 9, 4573. [Google Scholar] [CrossRef]
8. Ramirez-Nino, J .; Паскачо, А. Акустические измерения частичных разрядов в силовых трансформаторах. Измер. Sci. Technol. 2009 , 20, 115108. [Google Scholar] [CrossRef]
9. Chu, L .; Ян, Д.-Г .; Рен, С.-З. Численное моделирование процесса распространения сигнала частичного разряда акустической эмиссии в распределительных устройствах среднего напряжения.DEStech Trans. Comput. Sci. Англ. 2019 , 28798, 522–524. [Google Scholar] [CrossRef]
10. Wang, L .; Wang, H .; Wang, L .; Lu, H .; Нин, Вт .; Jia, S .; Ву Дж. Экспериментальное исследование переходного напряжения заземления и измерения акустической эмиссии сигналов частичного разряда в распределительных устройствах среднего напряжения. В материалах 2-й Международной конференции по электроэнергетическому оборудованию — технологии коммутации (ICEPE-ST), Мацуэ, Япония, 20–23 октября 2013 г .; С. 1–4. [Google Scholar]
11. Чжан Т.; Pang, F .; Liu, H .; Cheng, J .; Lv, L .; Чжан, X .; Chen, N .; Ван Т. Волоконно-оптический датчик для обнаружения акустической эмиссии в высоковольтной кабельной системе. Датчики 2016 , 16, 2026. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
12. Karkkainen, T .; Talvitie, J.P .; Kuisma, M .; Hannonen, J .; Strom, J.P .; Сильвентоинен, П. Акустическая эмиссия в силовых полупроводниковых модулях — первые наблюдения. IEEE Trans. Power Electron. 2013 , 29, 6081–6086. [Google Scholar] [CrossRef]
13. Карккайнен, Т.; Talvitie, J.P .; Kuisma, M .; Silventoinen, P .; Менготти, Э. Акустическая эмиссия, вызванная выходом из строя силового транзистора. В материалах конференции и выставки IEEE Applied Power Electronics 2015 (APEC), Шарлотт, Северная Каролина, США, 15–19 марта 2015 г. [Google Scholar] [CrossRef]
14. Bejger, A .; Gordon, R .; Козак, М. Использование упругих волн акустической эмиссии как метода диагностики биполярных транзисторов с изолированным затвором. J. Mar. Eng. Technol. 2020 , 19, 186–196. [Google Scholar] [CrossRef]
15. Гордон Р.; Дреас, А. Обнаружение и регистрация акустической эмиссии в дискретных транзисторах IGBT. Многопрофильный. Asp. Prod. Англ. 2018 , 1, 27–31. [Google Scholar] [CrossRef]
16. Li, M .; Привет.; Meng, Z .; Wang, J .; Zou, X .; Hu, Y .; Чжао, З. Экспериментальный анализ волны механического напряжения в IGBT на основе акустической эмиссии. IEEE Sens. J. 2020 , 20, 6064–6074. [Google Scholar] [CrossRef]
17. Bejger, A .; Gordon, R .; Козак, М. Акустическая эмиссия монолитных транзисторов IGBT.Новые тенденции Prod. Англ. 2018 , 1, 755–760. [Google Scholar] [CrossRef]
18. Рашид, М.Х. Альтернативная энергия в силовой электронике; Elsevier Inc.: Уолтем, Массачусетс, США, 2015; п. 223. [Google Scholar]
19. Minges, M.L. Справочник по электронным материалам: упаковка, 1-е изд .; CRC Press: Бока-Ратон, ФА, США, 1989; С. 56–57. [Google Scholar]
20. Титушкин, Д .; Сурма, А .; Черников, А .; Матюхин С.И.Новые способы создания тиристоров с быстродействием. Bodo Power Syst. 2015 , 8, 46–47.[Google Scholar]
21. Рашид, М.Х. Справочник по силовой электронике; Academic Press: Сан-Диего, Калифорния, США, 2001; С. 32–34. [Google Scholar]
22. Pandey, R.K. Справочник по электроосаждению полупроводников; CRC Press: New York, NY, USA, 1996. [Google Scholar]
23. Cepek, M .; Кришнайя, К. Старение тиристоров. В трудах POWERCON ’98. 1998 Международная конференция по технологиям энергосистем. Протоколы (Кат. № 98EX151), Пекин, Китай, 18–21 августа 1998 г .; С. 649–653. [Google Scholar]
24. Козак М.Синхронизация инвертора источника напряжения с использованием алгоритма БПФ. Мехатроника 2017 — Идеи для промышленного применения в развитии. В интеллектуальных системах и вычислениях; Springer International Publishing: Cham, Switzerland, 2017. [Google Scholar]
25. Бхуян М. Интеллектуальные инструменты: принципы и приложения; CRC Press: Бока-Ратон, ФА, США, 2011 г .; С. 62–63. [Google Scholar]
26. Что такое спектральная плотность мощности (PSD)? Доступно в Интернете: https://community.sw.siemens.com/s/article/what-is-a-power-spectral-de density-psd (по состоянию на 25 ноября 2020 г.).
27. Датчики и предусилители Ae. Руководство пользователя. Доступно в Интернете: https://www.vallen.de/zdownload/pdf/Sensor_Preamplifier_Description.pdf (по состоянию на 25 ноября 2020 г.).
28. Mohseni, K .; Shakouri, A .; Рам, Р.Дж. Электронные вихри в полупроводниковых приборах. Phys. Жидкости 2005 , 17, 100602-1–100602-7. [Google Scholar] [CrossRef]
29. Lacidogna, G .; Carpinteri, A .; Manuello, A .; В течение.; Скьяви, А .; Niccolini, G .; Агосто, А. Акустическая и электромагнитная эмиссия как предвестники аварийных процессов.Штамм 2011 , 47, 144–152. [Google Scholar] [CrossRef]
30. Мирошниченко, М .; Куксенко В.В. Исследование электромагнитных импульсов при зарождении трещин в твердых диэлектриках. Советская физ. Твердое тело 1980 , 22, 895–896. [Google Scholar]

Рисунок 1. Пример тиристоров в пластиковой, крепежной и пресс-упаковке.

Рисунок 1. Пример тиристоров в пластиковой, крепежной и пресс-упаковке.

Рисунок 2. Поперечное сечение GTO, показывающее катодные острова и встречное соединение с затвором (p-база).

Рисунок 2. Поперечное сечение GTO, показывающее катодные острова и встречное соединение с затвором (p-база).

Рисунок 3. Датчик WSα сигнализирует об ослаблении амплитуды в зависимости от частоты.

Рисунок 3. Датчик WSα сигнализирует об ослаблении амплитуды в зависимости от частоты.

Рисунок 4. Датчик акустической эмиссии в металлическом корпусе размещен на ГТО.

Рисунок 4. Датчик акустической эмиссии в металлическом корпусе размещен на ГТО.

Рисунок 5. Датчики обнаружения сигналов АЭ и магнитного поля.

Рисунок 5. Датчики обнаружения сигналов АЭ и магнитного поля.

Рисунок 6. Сигналы магнитного поля, тока и АЭ, полученные для разных расстояний от датчика АЭ от верха индуктора.

Рисунок 6. Сигналы магнитного поля, тока и АЭ, полученные для разных расстояний от датчика АЭ от верха индуктора.

Рисунок 7. Испытательные сигналы АЭ и магнитного поля для выпрямленного постоянного тока, протекающего через индукционную катушку.

Рис. 7. Испытательные сигналы АЭ и магнитного поля для выпрямленного постоянного тока, протекающего через индукционную катушку.

Рисунок 8. Схема лабораторного стенда ( слева, ) и симметричный тиристор ГТО 5СГС16х3500 с датчиками АЭ и эффекта Холла, размещенными без верхней прижимной пластины ( справа ).

Рисунок 8. Схема лабораторного стенда ( слева, ) и симметричный тиристор ГТО 5СГС16х3500 с датчиками АЭ и эффекта Холла, размещенными без верхней прижимной пластины ( справа ).

Рисунок 9. Выбранные формы необработанных сигналов АЭ (синие), обнаруженные преобразователем WSα, помещенным на анодную пластину, проводящую разные токи (режим выпрямления) GTO. Формы сигналов тока и магнитного поля размещены для справки.

Рисунок 9. Выбранные формы необработанных сигналов АЭ (синие), обнаруженные преобразователем WSα, помещенным на анодную пластину, проводящую разные токи (режим выпрямления) GTO. Формы сигналов тока и магнитного поля размещены для справки.

Рисунок 10. График, показывающий зависимость величины эмиссионного сигнала от тока, протекающего через GTO.

Рис. 10. График, показывающий зависимость величины эмиссионного сигнала в зависимости от тока, протекающего через GTO.

Рисунок 11. Осциллограммы тока, магнитного поля и акустической эмиссии в обычном режиме выпрямления GTO ( слева, ) и сигнал АЭ при испытании на разрыв грифеля при работе GTO ( справа, ).

Рисунок 11. Осциллограммы тока, магнитного поля и акустической эмиссии в обычном режиме выпрямления GTO ( слева, ) и сигнал АЭ при испытании на обрыв грифеля при работе GTO ( справа, ).

Рисунок 12. Широкополосный частотный спектр сигнала акустической эмиссии, полученный при токах 40, 60, 80 и 100 ампер.

Рис. 12. Широкополосный частотный спектр сигнала акустической эмиссии, полученный при токах 40, 60, 80 и 100 ампер.

Рисунок 13. Суженный частотный спектр сигнала записан для анодно-катодного выпрямленного тока 40, 60, 80 и 100 ампер.

Рисунок 13. Суженный частотный спектр сигнала записан для анодно-катодного выпрямленного тока 40, 60, 80 и 100 ампер.

Рисунок 14. Частотный спектр сигнала, записанного для анодно-катодного выпрямленного тока 40 ампер ( верхний ) и испытательных эффектов на разрыв грифеля в присутствии тока 40 А ( нижний ).

Рисунок 14. Частотный спектр сигнала, записанного для анодно-катодного выпрямленного тока 40 ампер ( верхний ) и испытательных эффектов на разрыв грифеля в присутствии тока 40 А ( нижний ).

Таблица 1. Коэффициент теплового расширения для выбранных материалов.

Таблица 1. Коэффициент теплового расширения для выбранных материалов.

Al O ₃ (оксид алюминия AL98)

Примечание издателя: MDPI остается нейтральным в отношении юрисдикционных претензий на опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

Материал	КТР (ммкм / мK) при 300 K
Кремний	4,1
Медь (опорная плита и полюсные наконечники)	16–16,7
6,2
Вольфрам (Вт)	4.5
Молибден (Mo)	4,9
Алюминий (Al)	13,1
60/40 припой (Pb / Sn эвтектика)	25

© 2020 Авторы. Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья представляет собой статью в открытом доступе, распространяемую в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http: // creativecommons.org / licenses / by / 4.0 /).

Большие новые тиристорные клапаны соответствуют новому крупному испытательному центру

Испытательная лаборатория клапанов (VTF) Alstom Grid в Стаффорде может выполнять все периодические испытания на зажигание и гашение, требуемые стандартами, а также ограниченные диэлектрические испытания до 300 кВ. Новая китайская технология стоимостью 47 миллионов евро. Центр (CTC) в Шанхае специализируется на передаче сверхвысокого напряжения с
до 1200 кВ переменного тока и 1100 кВ постоянного тока, а также на интеллектуальных сетях. Объект был спроектирован для размещения очень крупного электрического оборудования, такого как новые клапаны, с испытательным залом сверхвысокого напряжения и платформами для исследований и разработок, которые включают инструменты научного моделирования, климатическую камеру, лабораторию по тестированию на повышение температуры и лаборатории по тестированию материалов.

Одна из самых поразительных особенностей испытательного зала СТС — то, что он занимает площадь 54 000 квадратных метров, но большая часть его площади кажется пустой. Приди объясняет, почему. «Тестируемое оборудование изначально чрезвычайно громоздко, поэтому вам понадобится большое здание только для того, чтобы его разместить. Вы тестируете клапаны весом более 20 тонн, подвешенные к потолку. Вот почему вы видите эти большие краны. Затем вы должны добавить охлаждающее оборудование, вспомогательное испытательное оборудование и все кабели, идущие обратно в шкаф управления.К тому же существуют очень строгие требования к зазору: несколько метров в каждом направлении, в том числе над объектом испытаний в случае тиристорных клапанов, и все, что требует места ». Сочетание архитектурных требований, соображений безопасности, высоких требований к высоковольтному источнику питания и огромного количества дорогостоящих источников и вспомогательных компонентов означает, что очень немногие испытательные центры в мире действительно способны проводить типовые испытания клапанов с полной диэлектрической проницаемостью на больших клапанах. .

Испытуемое оборудование чрезвычайно громоздко.

Preedy и его команда удовлетворены вдвойне, во-первых, потому что испытания доказывают, что их конструкция способна работать далеко за пределами реальных рабочих условий, а новые тиристорные клапаны успешно прошли испытания на соответствие критериям, превышающим требования IEC 60700. И, во-вторых, потому что новое испытание объект использовался впервые, и он тоже прошел успешно.

Перенос энергии туда, где она нужна
Alstom Grid завершила производство и испытания первых девяти (из 28) преобразовательных трансформаторов постоянного тока высокого напряжения для бразильского проекта стоимостью 15 миллиардов долларов по использованию гидроэнергии Рио-Мадейры, крупнейшего в Амазонии приток.
Проект является краеугольным камнем хаба Бразилия-Боливия-Перу Инициативы по интеграции южноамериканской инфраструктуры, предложенной правительствами Южной Америки и поддержанной Национальным банком развития Бразилии. Проект Рио-Мадейра, начатый в 2008 году, призван помочь стране удовлетворить растущие потребности в энергии без увеличения выбросов парниковых газов.
Преобразовательные подстанции будут интегрированы в самую длинную в мире линию электропередачи постоянного тока протяженностью 2375 километров, чтобы соединить новые гидроэлектростанции на реке Мадейре (Санто-Антонио и Жирау) с юго-восточным регионом Бразилии, который имеет самое высокое потребление энергии в мире.

No related posts.