Thyristors बिजली की इलेक्ट्रॉनिक कुंजी हैं जो पूरी तरह से नियंत्रित नहीं होती हैं। अक्सर तकनीकी पुस्तकों में आप इस उपकरण का दूसरा नाम देख सकते हैं - सिंगल-ऑपरेशन थाइरिस्टर। दूसरे शब्दों में, एक नियंत्रण संकेत के प्रभाव में, इसे एक राज्य - संचालन में स्थानांतरित किया जाता है। अधिक विशेष रूप से, इसमें एक सर्किट शामिल है। इसे बंद करने के लिए, विशेष परिस्थितियों का निर्माण करना आवश्यक है जो सुनिश्चित करें कि सर्किट में प्रत्यक्ष धारा शून्य हो जाती है।
थायरिस्टर्स की विशेषताएं
थायरिस्टर कुंजियाँ केवल आगे की दिशा में विद्युत प्रवाह का संचालन करती हैं, और बंद अवस्था में यह न केवल आगे, बल्कि रिवर्स वोल्टेज का भी सामना कर सकती है। थाइरिस्टर की संरचना चार-परत है, तीन आउटपुट हैं:
- एनोड (अक्षर ए द्वारा दर्शाया गया)।
- कैथोड (अक्षर C या K)।
- नियंत्रण इलेक्ट्रोड (यू या जी)।
थायरिस्टर्स में करंट-वोल्टेज विशेषताओं का एक पूरा परिवार होता है, उनका उपयोग तत्व की स्थिति का न्याय करने के लिए किया जा सकता है। थायरिस्टर्स बहुत शक्तिशाली इलेक्ट्रॉनिक कुंजी हैं, वे सर्किट को स्विच करने में सक्षम हैं जिसमें वोल्टेज 5000 वोल्ट तक पहुंच सकता है और वर्तमान ताकत - 5000 एम्पीयर (जबकि आवृत्ति 1000 हर्ट्ज से अधिक नहीं है)।
थायरिस्टर ऑपरेशनडीसी सर्किट
एक पारंपरिक थाइरिस्टर को कंट्रोल आउटपुट में करंट पल्स लगाकर चालू किया जाता है। इसके अलावा, यह सकारात्मक होना चाहिए (कैथोड के संबंध में)। क्षणिक प्रक्रिया की अवधि लोड की प्रकृति (आगमनात्मक, सक्रिय), वर्तमान पल्स कंट्रोल सर्किट में वृद्धि का आयाम और दर, सेमीकंडक्टर क्रिस्टल का तापमान, साथ ही साथ लागू वर्तमान और वोल्टेज पर निर्भर करती है। सर्किट में उपलब्ध है। सर्किट की विशेषताएं सीधे इस्तेमाल किए गए अर्धचालक तत्व के प्रकार पर निर्भर करती हैं।
उस सर्किट में जिसमें थाइरिस्टर स्थित है, वोल्टेज वृद्धि की उच्च दर की घटना अस्वीकार्य है। अर्थात्, ऐसा मान जिस पर तत्व अनायास चालू हो जाता है (भले ही नियंत्रण सर्किट में कोई संकेत न हो)। लेकिन साथ ही, नियंत्रण संकेत का ढलान बहुत ऊंचा होना चाहिए।
बंद करने के तरीके
दो प्रकार के थाइरिस्टर स्विचिंग को प्रतिष्ठित किया जा सकता है:
- प्राकृतिक।
- मजबूर।
और अब प्रत्येक प्रजाति के बारे में अधिक विस्तार से। प्राकृतिक तब होता है जब थाइरिस्टर एक प्रत्यावर्ती धारा परिपथ में कार्य करता है। इसके अलावा, यह स्विचिंग तब होती है जब करंट शून्य हो जाता है। लेकिन मजबूर स्विचिंग को लागू करने के लिए बड़ी संख्या में विभिन्न तरीके हो सकते हैं। कौन सा थाइरिस्टर नियंत्रण चुनना है यह सर्किट डिजाइनर पर निर्भर है, लेकिन यह प्रत्येक प्रकार के बारे में अलग से बात करने लायक है।
जबरन स्विच करने का सबसे विशिष्ट तरीका कनेक्ट करना हैएक संधारित्र जो एक बटन (कुंजी) का उपयोग करके पूर्व-चार्ज किया गया था। एलसी सर्किट थाइरिस्टर नियंत्रण सर्किट में शामिल है। इस सर्किट में पूरी तरह से चार्ज कैपेसिटर होता है। क्षणिक प्रक्रिया के दौरान, लोड सर्किट में करंट में उतार-चढ़ाव होता है।
जबरन स्विच करने के तरीके
कई अन्य प्रकार के जबरन स्विचिंग हैं। अक्सर एक सर्किट का उपयोग किया जाता है जो रिवर्स पोलरिटी वाले स्विचिंग कैपेसिटर का उपयोग करता है। उदाहरण के लिए, इस संधारित्र को किसी प्रकार के सहायक थाइरिस्टर का उपयोग करके सर्किट से जोड़ा जा सकता है। इस मामले में, मुख्य (काम करने वाले) थाइरिस्टर पर एक निर्वहन होगा। यह इस तथ्य की ओर ले जाएगा कि संधारित्र पर, मुख्य थाइरिस्टर के प्रत्यक्ष प्रवाह की ओर निर्देशित वर्तमान सर्किट में वर्तमान को शून्य तक कम करने में मदद करेगा। इसलिए, थाइरिस्टर बंद हो जाएगा। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि थाइरिस्टर डिवाइस की अपनी विशेषताएं होती हैं जो केवल इसके लिए विशिष्ट होती हैं।
ऐसी योजनाएं भी हैं जिनमें एलसी चेन जुड़े हुए हैं। उन्हें छुट्टी दे दी जाती है (और उतार-चढ़ाव के साथ)। शुरुआत में, डिस्चार्ज करंट कार्यकर्ता की ओर बहता है, और उनके मूल्यों को बराबर करने के बाद, थाइरिस्टर बंद कर दिया जाता है। उसके बाद, ऑसिलेटरी चेन से, थाइरिस्टर से होकर एक सेमीकंडक्टर डायोड में करंट प्रवाहित होता है। इस मामले में, जबकि करंट प्रवाहित होता है, थाइरिस्टर पर एक निश्चित वोल्टेज लगाया जाता है। यह मोडुलो डायोड में वोल्टेज ड्रॉप के बराबर है।
एसी सर्किट में थाइरिस्टर ऑपरेशन
अगर एसी सर्किट में थाइरिस्टर शामिल है, तो ऐसा करना संभव हैसंचालन:
- सक्रिय-प्रतिरोधक या प्रतिरोधक भार वाले विद्युत परिपथ को चालू या बंद करें।
- लोड से गुजरने वाले करंट के औसत और प्रभावी मूल्य को बदलें, नियंत्रण सिग्नल के क्षण को समायोजित करने की क्षमता के लिए धन्यवाद।
थायरिस्टर कुंजियों में एक विशेषता होती है - वे केवल एक दिशा में करंट का संचालन करती हैं। इसलिए, यदि आपको एसी सर्किट में उनका उपयोग करने की आवश्यकता है, तो आपको बैक-टू-बैक कनेक्शन का उपयोग करना होगा। प्रभावी और औसत वर्तमान मान इस तथ्य के कारण बदल सकते हैं कि जिस क्षण थायरिस्टर्स पर संकेत लागू होता है वह अलग होता है। इस मामले में, थाइरिस्टर शक्ति को न्यूनतम आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए।
चरण नियंत्रण विधि
फोर्स्ड-टाइप फेज कंट्रोल मेथड में, फेज के बीच के एंगल को बदलकर लोड को एडजस्ट किया जाता है। विशेष सर्किट का उपयोग करके कृत्रिम स्विचिंग किया जा सकता है, या पूरी तरह से नियंत्रित (लॉक करने योग्य) थाइरिस्टर का उपयोग करना आवश्यक है। उनके आधार पर, एक नियम के रूप में, एक थाइरिस्टर चार्जर बनाया जाता है, जो आपको बैटरी के चार्ज के स्तर के आधार पर वर्तमान ताकत को समायोजित करने की अनुमति देता है।
पल्स चौड़ाई नियंत्रण
वे इसे पीडब्लूएम मॉडुलन भी कहते हैं। थाइरिस्टर के खुलने के दौरान एक नियंत्रण संकेत दिया जाता है। जंक्शन खुले हैं और पूरे लोड में कुछ वोल्टेज है। समापन के दौरान (संपूर्ण क्षणिक प्रक्रिया के दौरान) कोई नियंत्रण संकेत लागू नहीं होता है, इसलिए, थाइरिस्टर करंट का संचालन नहीं करते हैं। लागू करते समयचरण नियंत्रण वर्तमान वक्र साइनसॉइडल नहीं है, आपूर्ति वोल्टेज की तरंग में परिवर्तन होता है। नतीजतन, उपभोक्ताओं के काम का उल्लंघन भी होता है जो उच्च आवृत्ति हस्तक्षेप (असंगति प्रकट होता है) के प्रति संवेदनशील होते हैं। एक थाइरिस्टर नियामक का एक सरल डिज़ाइन होता है, जो आपको बिना किसी समस्या के आवश्यक मूल्य को बदलने की अनुमति देगा। और आपको बड़े पैमाने पर LATRs का उपयोग करने की आवश्यकता नहीं है।
थायरिस्टर्स लॉक करने योग्य
Thyristors बहुत शक्तिशाली इलेक्ट्रॉनिक स्विच हैं जिनका उपयोग उच्च वोल्टेज और धाराओं को स्विच करने के लिए किया जाता है। लेकिन उनकी एक बड़ी कमी है - प्रबंधन अधूरा है। अधिक विशेष रूप से, यह इस तथ्य से प्रकट होता है कि थाइरिस्टर को बंद करने के लिए, ऐसी स्थितियां बनाना आवश्यक है जिसके तहत प्रत्यक्ष धारा शून्य हो जाएगी।
यह वह विशेषता है जो थाइरिस्टर के उपयोग पर कुछ प्रतिबंध लगाती है, और उनके आधार पर सर्किट को भी जटिल बनाती है। ऐसी कमियों से छुटकारा पाने के लिए, थाइरिस्टर के विशेष डिजाइन विकसित किए गए, जो एक नियंत्रण इलेक्ट्रोड के साथ एक सिग्नल द्वारा बंद कर दिए जाते हैं। उन्हें दोहरे संचालन, या लॉक करने योग्य, थाइरिस्टर कहा जाता है।
लॉक करने योग्य थाइरिस्टर डिज़ाइन
थायरिस्टर्स की चार-परत पीपीपी संरचना की अपनी विशेषताएं हैं। वे उन्हें पारंपरिक थाइरिस्टर से अलग बनाते हैं। अब हम तत्व की पूर्ण नियंत्रणीयता के बारे में बात कर रहे हैं। आगे की दिशा में करंट-वोल्टेज विशेषता (स्थिर) साधारण थाइरिस्टर के समान है। यह सिर्फ एक प्रत्यक्ष वर्तमान थाइरिस्टर एक बहुत बड़ा मूल्य पारित कर सकता है। परंतुलॉक करने योग्य थाइरिस्टर के लिए बड़े रिवर्स वोल्टेज को अवरुद्ध करने का कार्य प्रदान नहीं किया गया है। इसलिए इसे सेमीकंडक्टर डायोड से बैक-टू-बैक कनेक्ट करना जरूरी है।
लॉक करने योग्य थाइरिस्टर की एक विशेषता विशेषता आगे के वोल्टेज में एक महत्वपूर्ण गिरावट है। शटडाउन करने के लिए, एक शक्तिशाली करंट पल्स (नकारात्मक, 1:5 के अनुपात में डायरेक्ट करंट वैल्यू) को कंट्रोल आउटपुट पर लागू किया जाना चाहिए। लेकिन केवल नाड़ी की अवधि यथासंभव कम होनी चाहिए - 10 … 100 μs। लॉक करने योग्य थाइरिस्टर में पारंपरिक की तुलना में कम सीमित वोल्टेज और करंट होता है। अंतर लगभग 25-30% है।
थायरिस्टर्स के प्रकार
लॉकेबल वाले पर ऊपर चर्चा की गई थी, लेकिन कई और प्रकार के सेमीकंडक्टर थाइरिस्टर भी हैं जो ध्यान देने योग्य हैं। विभिन्न प्रकार के डिज़ाइन (चार्जर, स्विच, पावर रेगुलेटर) कुछ प्रकार के थाइरिस्टर का उपयोग करते हैं। कहीं न कहीं यह आवश्यक है कि प्रकाश की एक धारा की आपूर्ति करके नियंत्रण किया जाए, जिसका अर्थ है कि एक ऑप्टोथायरिस्टर का उपयोग किया जाता है। इसकी ख़ासियत इस तथ्य में निहित है कि नियंत्रण सर्किट एक अर्धचालक क्रिस्टल का उपयोग करता है जो प्रकाश के प्रति संवेदनशील होता है। थायरिस्टर्स के पैरामीटर अलग-अलग हैं, सभी की अपनी विशेषताएं हैं, केवल उनके लिए विशेषता है। इसलिए, कम से कम सामान्य शब्दों में, यह समझना आवश्यक है कि ये अर्धचालक किस प्रकार मौजूद हैं और उनका उपयोग कहां किया जा सकता है। तो, यहाँ पूरी सूची और प्रत्येक प्रकार की मुख्य विशेषताएं हैं:
- डायोड-थायरिस्टर। इस तत्व के समतुल्य एक थाइरिस्टर है, जिससे यह समानांतर में जुड़ा हुआ हैसेमीकंडक्टर डायोड।
- डायनिस्टर (डायोड थाइरिस्टर)। यदि एक निश्चित वोल्टेज स्तर को पार कर लिया जाता है तो यह पूरी तरह से प्रवाहकीय हो सकता है।
- Triac (सममित थाइरिस्टर)। इसके समतुल्य दो thyristors विरोधी समानांतर में जुड़े हुए हैं।
- हाई-स्पीड इन्वर्टर थाइरिस्टर में उच्च स्विचिंग गति (5… 50 µs) होती है।
- फील्ड ट्रांजिस्टर नियंत्रित थाइरिस्टर। आप अक्सर MOSFETs पर आधारित डिज़ाइन पा सकते हैं।
- प्रकाश प्रवाह द्वारा नियंत्रित ऑप्टिकल थाइरिस्टर।
तत्व सुरक्षा लागू करें
थायरिस्टर्स ऐसे उपकरण हैं जो फॉरवर्ड करंट और फॉरवर्ड वोल्टेज की स्लीव दरों के लिए महत्वपूर्ण हैं। वे, सेमीकंडक्टर डायोड की तरह, रिवर्स रिकवरी धाराओं के प्रवाह के रूप में ऐसी घटना की विशेषता है, जो बहुत जल्दी और तेजी से शून्य हो जाती है, जिससे ओवरवॉल्टेज की संभावना बढ़ जाती है। यह ओवरवॉल्टेज इस तथ्य का एक परिणाम है कि सभी सर्किट तत्वों में वर्तमान अचानक बंद हो जाता है जिसमें अधिष्ठापन होता है (यहां तक कि स्थापना के लिए विशिष्ट अति-निम्न अधिष्ठापन - तार, बोर्ड ट्रैक)। सुरक्षा को लागू करने के लिए, विभिन्न प्रकार की योजनाओं का उपयोग करना आवश्यक है जो आपको गतिशील ऑपरेटिंग मोड में उच्च वोल्टेज और धाराओं से खुद को बचाने की अनुमति देती हैं।
एक नियम के रूप में, एक काम कर रहे थाइरिस्टर के सर्किट में प्रवेश करने वाले वोल्टेज स्रोत के आगमनात्मक प्रतिरोध का ऐसा मूल्य होता है कि यह कुछ अतिरिक्त शामिल नहीं करने के लिए पर्याप्त से अधिक हैअधिष्ठापन। इस कारण से, व्यवहार में, एक स्विचिंग पथ गठन श्रृंखला का अधिक बार उपयोग किया जाता है, जो थाइरिस्टर बंद होने पर सर्किट में ओवरवॉल्टेज की गति और स्तर को काफी कम कर देता है। इस उद्देश्य के लिए आमतौर पर कैपेसिटिव-प्रतिरोधक सर्किट का उपयोग किया जाता है। वे थाइरिस्टर के साथ समानांतर में जुड़े हुए हैं। ऐसे सर्किटों के कई प्रकार के सर्किट संशोधन हैं, साथ ही उनकी गणना के तरीके, विभिन्न मोड और स्थितियों में थाइरिस्टर के संचालन के लिए पैरामीटर। लेकिन लॉक करने योग्य थाइरिस्टर के स्विचिंग प्रक्षेपवक्र को बनाने के लिए सर्किट ट्रांजिस्टर के समान ही होगा।
