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SCR

SCR (Rectificador controlado de silicio), denominado SCR, es un componente eléctrico de alta potencia, también conocido como tiristor. Tiene las ventajas de pequeño tamaño, alta eficiencia y larga vida. En el sistema de control automático, puede usarse como un dispositivo de conducción de alta potencia para realizar el control de equipos de alta potencia con controles de baja potencia. Ha sido ampliamente utilizado en el sistema de control de velocidad del motor de CA y CC, el sistema de control de potencia y el sistema servo. Hay dos tipos de tiristores: tiristores unidireccionales y tiristores bidireccionales. Triac también se llama triac, o TRIAC para abreviar. El tiristor bidireccional es estructuralmente equivalente a dos tiristores unidireccionales conectados en reversa, este tiristor tiene una función de conducción bidireccional. El estado de encendido y apagado está determinado por el polo de control G. Agregue un pulso positivo (o pulso negativo) en el polo de control G para que sea conductivo hacia adelante (o hacia atrás). La ventaja de este dispositivo es que el circuito de control es simple y no hay ningún problema de tensión de resistencia inversa, por lo que es particularmente adecuado para su uso como un interruptor de CA sin contacto.

estructura Todos usan tiristores unidireccionales, es decir, tiristores comunes SCR SCR El tubo está compuesto de cuatro capas de materiales semiconductores , con tres uniones PN y tres electrodos externos [Figura 2 (a)]: el electrodo de la primera capa de semiconductor tipo P se llama ánodo A, y la tercera capa es del semiconductor tipo P El electrodo se llama electrodo de control G, y el electrodo del cuarto semiconductor de tipo N se llama cátodo K. Del símbolo del circuito del tiristor [Figura 2 (b)] se puede ver que es un dispositivo conductor unidireccional como un diodo. La clave es la adición de un polo de control G, que lo hace tener características operativas completamente diferentes del diodo. . El dispositivo P1N1P2N2 de cuatro capas y tres terminales con un solo cristal de silicio como material básico, comenzó en 1957. Debido a que sus características son similares a los tiristores de vacío , se conoce comúnmente como tiristores de silicio en el mundo , o tiristor T para abreviar . Inicialmente en rectificación estática, también se llama elemento rectificador controlado de silicio, denominado SCR.

En términos de rendimiento, los SCR no solo tienen conductividad unidireccional , sino que también tienen una capacidad de control más valiosa que los elementos rectificadores de silicio (comúnmente conocidos como "silicio muerto"). Solo tiene dos estados de encendido y apagado. El tiristor puede controlar equipos electromecánicos de alta potencia con corriente de miliamperios. Si se excede esta potencia, la pérdida de conmutación del componente aumenta significativamente y la fase de corriente promedio que se deja pasar se reduce. En este momento, la corriente nominal debe degradarse. Las ventajas de SCR son muchas, por ejemplo: control de alta potencia con baja potencia , la amplificación de potencia es de hasta cientos de miles de veces; la respuesta es extremadamente rápida, se enciende y apaga en microsegundos; operación sin contacto, sin chispa, sin ruido ; Alta eficiencia, bajo costo, etc. La debilidad del tiristor: la capacidad de sobrecarga estática y dinámica es pobre; es fácil confundirse con la interferencia. Los SCR de la clasificación de formas son: forma de perno , forma de placa plana y forma plana . Estructura del elemento tiristor

Independientemente de la forma del tiristor, sus matrices son una estructura P1N1P2N2 de cuatro capas compuesta de silicio tipo P y silicio tipo N. ver foto 1. Tiene tres uniones PN (J1, J2, J3), que conducen al ánodo A desde la capa P1 de la estructura J1, el cátodo K desde la capa N2 y la puerta G desde la capa P2, por lo que es un dispositivo semiconductor de tres terminales y cuatro capas. . principio de funcionamiento Estructura original El tiristor es un elemento estructural P1N1P2N2 de cuatro capas y tres terminales con un total de tres uniones PN . Al analizar el principio, puede considerarse que está compuesto por un tubo PNP y un tubo NPN. El diagrama equivalente se muestra a la derecha. Tiristor bidireccional: el tiristor bidireccional es un tipo de dispositivo rectificador controlado por silicio, también conocido como tiristor bidireccional. Este dispositivo puede realizar el control sin contacto de la corriente alterna en el circuito y controlar la corriente grande con una corriente pequeña . Tiene las ventajas de no chispa, acción rápida, larga vida, alta confiabilidad y estructura de circuito simplificada. Desde su aparición, el tiristor bidireccional es muy similar al tiristor ordinario, y también tiene tres electrodos . Sin embargo, excepto que uno de los electrodos G todavía se llama electrodo de control , los otros dos

electrodos ya no se llaman ánodo y cátodo , sino que se denominan colectivamente los electrodos principales T1 y T2. Su símbolo también es diferente del tiristor ordinario, que se dibuja conectando dos tiristores en reversa, como se muestra en la Figura 2. Su modelo generalmente se indica con "3CTS" o "KS" en nuestro país, y los datos extranjeros también se indican con "TRIAC" . Las especificaciones, el modelo, la forma y la disposición de los pines del electrodo del tiristor bidireccional varían según el fabricante, pero la mayoría de los pines del electrodo están dispuestos de izquierda a derecha según el orden de T1, T2 y G (cuando se observa, el electrodo Pernos hacia

abajo,

mirando

hacia

el

lado

marcado

con

caracteres). Los tipos más comunes de tiristores bidireccionales de estructura encapsulada en plástico en el mercado y la disposición de los pines del electrodo Características del tiristor Para poder comprender intuitivamente las características de trabajo del tiristor, primero miramos esta tabla de enseñanza (Figura 3). El tiristor VS está conectado en serie con la pequeña bombilla EL, y está conectado a la fuente de alimentación de CC a través del interruptor S. Tenga en cuenta que el ánodo A está conectado al polo positivo de la fuente de alimentación , el cátodo K está conectado al polo negativo de la fuente de alimentación y el

electrodo de control G está conectado al polo positivo de la fuente de alimentación de 1.5V DC a través del interruptor de botón SB (aquí se usa el tiristor tipo KP1. Si se usa el tipo KP5, debe conectarse a 3V DC El polo positivo de la fuente de alimentación ). Esta conexión entre el tiristor y la fuente de alimentación se denomina conexión directa, es decir, el voltaje positivo se aplica al ánodo y al electrodo de control del tiristor . Cuando el interruptor de alimentación S está cerrado, la bombilla pequeña está apagada, lo que indica que el tiristor no está conduciendo; presione de nuevo el botón SB y se introduce un voltaje de disparo en el electrodo de control. La pequeña bombilla se enciende, lo que indica que el tiristor está conduciendo. ¿Qué inspiración nos dio este experimento de demostración? Este experimento nos dice que hagamos que el tiristor esté encendido , primero, un voltaje directo aplicado entre su ánodo A y el cátodo K, el segundo es entre su electrodo de control G y el cátodo K ingresa un voltaje de disparo directo . Después de encender el tiristor, suelte el interruptor de botón para eliminar el voltaje del gatillo y aún así mantener el estado de encendido . Características del tiristor

"Solo toque". Sin embargo, si se aplica un voltaje inverso al ánodo o al electrodo de control , el tiristor no se puede encender. El papel del polo de control es encender el tiristor aplicando un pulso de disparo positivo , pero no puede apagarlo. Entonces, ¿qué método puede usarse para apagar el tiristor encendido? Para apagar el tiristor encendido, puede desconectar la fuente de alimentación del ánodo (interruptor S en la Figura 3) o hacer que la corriente del ánodo sea menor que el valor mínimo para mantener la conducción (llamado Mantener actual ). Si se aplica un voltaje de CA o un voltaje de CC pulsante entre el ánodo y el cátodo del tiristor, el tiristor se apagará cuando el voltaje cruce cero. tipo de aplicacion La figura 4 muestra la curva característica del triac .

De la figura se puede ver que la curva característica del tiristor bidireccional está compuesta por las curvas en los cuadrantes uno y tres. La curva en el primer cuadrante muestra que cuando el voltaje aplicado al

electrodo principal hace que la polaridad de Tc a T1 sea positiva, la llamamos voltaje directo y está representada por el símbolo U21. Cuando este voltaje aumenta gradualmente para ser igual al voltaje de giro UBO, el tiristor a la izquierda de la figura 3 (b) activa la conducción. La corriente de estado activado en este momento es I21, y la dirección es de T2 a Tl. Se puede ver en la figura que cuanto mayor es la corriente de disparo , menor es el voltaje de giro. Esta situación es consistente con la ley de conducción del disparador de los tiristores ordinarios. Cuando el voltaje aplicado al electrodo principal genera polaridad T1 vs. T2 Cuando es positivo, se llama voltaje inverso y se representa con el símbolo U12. Cuando este voltaje alcanza el valor de voltaje de giro, el tiristor a la derecha de la Fig. 3 (b) dispara la conducción, y la corriente en este momento es I12, y su dirección es de T1 a T2. En este momento, la curva característica del tiristor bidireccional se muestra en el tercer cuadrante de la figura 4. Cuatro métodos desencadenantes

Dado que el electrodo principal del tiristor bidireccional, ya sea tensión directa o inversa, e independientemente de si la señal de activación es directa o inversa, se puede activar y activar , por lo que tiene los siguientes cuatro modos de activación: ( 1) Cuando el voltaje aplicado por el electrodo principal T2 a T1 es un voltaje directo, el electrodo de control G también aplica una señal de activación positiva al primer electrodo T1 (figura 5a). Después de que el triac desencadena la conducción, la dirección de la corriente I2l fluye de T2 a T1. Se puede ver en la curva característica que la regla de conducción del disparador de tiristor bidireccional se lleva a cabo de acuerdo con las características del segundo cuadrante , y debido a que la señal del disparador

es positiva, este disparador se llama "disparador positivo del primer cuadrante" o Es el modo de disparo I +. (2) Si el voltaje directo todavía se aplica al electrodo principal T2 , y la señal de activación se cambia a la señal inversa (Figura 5b), entonces la dirección de la corriente de estado activado sigue siendo de T2 a T1 después de encender el triac. Llamamos a este disparador "disparador negativo del primer cuadrante" o modo Itrigger. (3) Se añaden dos electrodos principales con voltaje inverso U12 (Figura 5c), y se introduce una señal de activación positiva. Después de encender el tiristor bidireccional, la corriente de estado activado fluye de T1 a T2. El tiristor bidireccional funciona de acuerdo con la curva característica del tercer cuadrante, por lo que este activador se llama modo de activador III +. (4) El voltaje inverso U12 todavía se aplica a los dos electrodos principales, y se ingresa la señal de activación inversa (Figura 5d). Después de encender el triac, la corriente de estado activado todavía fluye de T1 a T2. Este disparador se llama modo de disparador III. Aunque el triac tiene los cuatro modos de activación anteriores, el voltaje y la corriente de activación necesarios para la activación por la señal negativa son relativamente pequeños. El trabajo es más confiable, por lo que en el uso real, el modo de disparo negativo se usa con más frecuencia. característica

Se usan comúnmente circuitos de activación del puente de desplazamiento de fase de capacitancia de resistencia , circuito de activación del transistor de unión única , circuito de activación del transistor de cristal , circuito de activación que utiliza tiristor pequeño para activar un tiristor grande, y así sucesivamente. Los principales parámetros de SCR son: 1. Corriente nominal promedio en el estado IT Bajo ciertas condiciones, el valor promedio de la corriente de media onda sinusoidal de 50 Hz que se puede pasar continuamente entre el ánodo y el cátodo. 2. El voltaje pico de bloqueo positivo VPF no agrega una señal de activación cuando el electrodo de control está abierto, y el voltaje directo positivo a través del tiristor puede aplicarse repetidamente cuando el voltaje positivo del ánodo no ha excedido el voltaje de conducción. El valor pico del voltaje directo que soporta el tiristor no

puede

exceder

el valor

de este parámetro dado en el manual . 3. Voltaje pico de bloqueo inverso VPR Cuando el tiristor agrega un voltaje inverso y está en el estado inverso apagado, el voltaje máximo inverso a través del tiristor puede aplicarse repetidamente . En uso, el valor del parámetro dado en el manual no puede ser excedido.

4. Voltaje de activación VGT A la temperatura ambiente especificada, cuando se aplica un cierto voltaje entre el ánodo y el cátodo, la corriente mínima de voltaje y el voltaje requeridos para que el tiristor cambie del estado apagado al estado encendido. 5. Mantenga la corriente IH A la temperatura especificada, el polo de control está abierto y se mantiene la corriente directa mínima del ánodo necesaria para mantener la conducción del tiristor . Muchos tiristores nuevos han salido en sucesión. Por ejemplo, los tiristores rápidos adecuados para aplicaciones de alta frecuencia pueden usar señales de activación positivas o negativas para controlar los tiristores bidireccionales que se conducen en dos direcciones . Se pueden utilizar señales de activación positivas para activarlas , Tiristor con señal de activación negativa y así sucesivamente. clasificación Existen múltiples métodos de clasificación para tiristores. (1) Clasificación según los métodos de apagado, conducción y control: de acuerdo con sus métodos de apagado, conducción y control, los tiristores se pueden dividir en tiristores comunes, tiristores bidireccionales, tiristores de conducción inversa y cancelas. Tiristor (GTO), tiristor BTG, tiristor con temperatura controlada y tiristor con control de luz, etc.

(2) Clasificación por pin y polaridad: SCR se puede dividir en tiristores de dos polos, tiristores de tres polos y tiristores de cuatro polos según su pin y polaridad. (3) Clasificación según la forma de embalaje: según su forma de embalaje, los tiristores se pueden dividir en tres tipos: tiristores encapsulados de metal, tiristores encapsulados de plástico y tiristores encapsulados de cerámica. Entre ellos, los tiristores encapsulados de metal se dividen en pernos , placas planas, conchas redondas y otros tipos; los tiristores encapsulados de plástico se dividen en dos tipos con aletas y sin aletas.

Interruptor tiristor

(4) Clasificación según la capacidad actual: según la capacidad actual, los tiristores se pueden dividir en tres tipos: tiristores de alta potencia, tiristores de potencia media y tiristores de baja potencia. En general, los tiristores de alta potencia se empaquetan principalmente en envolturas metálicas, mientras que los tiristores de potencia media y baja se empaquetan principalmente en plástico o cerámica .

(5) Clasificación según la velocidad de apagado: según la velocidad de apagado, los tiristores se pueden dividir en tiristores comunes y tiristores de alta frecuencia (rápidos). (6) Disparador de cruce por cero: generalmente es un ajuste de potencia, es decir, cuando la fase de voltaje de corriente alterna sinusoidal cruza el disparador de cruce por cero, debe ser el disparador de cruce por cero antes de encender el tiristor. (7) Disparo cruzado distinto de cero: no importa en qué fase se encuentre el voltaje de CA, puede disparar el tiristor.El común es el disparador de cambio de fase, es decir, al cambiar el ángulo de conducción (fase angular) de la corriente alterna sinusoidal, el porcentaje de salida cambia. . Modelo de tiristores De acuerdo con las regulaciones de IBI144-75 de un departamento de máquinas , el tiristor de tipo común se llama rectificador de tiristores de tipo KP (también llamado tiristor de tipo KP). El modelo de tiristor común se marca en el siguiente formato : La serie de Tuncheng promedio de velocidad nominal se divide en 14 en total, como se muestra en la Tabla 1 a 5. El nivel de regulación de presión de valor de abeja repetitivo hacia adelante y hacia atrás estipula que el tubo por

debajo de 1000V es un nivel por cada 100V, y el tubo por encima de 1000V es un nivel por cada 200V. Tome la enseñanza de voltaje dividida por 100 como la marca de nivel , como se muestra en la Tabla 1-6. El grupo de voltaje promedio en estado se divide en 9 grupos de acuerdo con la magnitud del voltaje , que no está representado por Yu, como se muestra en la Tabla 11. Por ejemplo .KP500-12D representa que la corriente promedio en el estado es 500A, el voltaje nominal (pico repetitivo directo e inverso) de 1200V, la caída de presión (voltaje promedio en el estado) fue 0.6 --- 0.7V en el tiristor ordinario . En resumen, el resumen es el siguiente: (1) SCR generalmente de forma plana y en forma de perno, con tres electrodos, el material semiconductor es silicio troquel por el PNPN composición de cuatro capas (2) El tiristor debe tener dos condiciones al mismo tiempo desde que se apaga hasta que se enciende: (1) el voltaje positivo del ánodo; (2) el voltaje positivo de la puerta .

(3) Después de encender el tiristor, el tiristor se apaga cuando la corriente del ánodo es pequeña para mantener la corriente In. (4) Las características de SCR son principalmente: 1. Curva característica de voltamperometría de ánodo , 2. Área característica de voltamperometría de puerta. (5) El SCR debe usarse dentro de los parámetros nominales. La selección de SCR determina principalmente dos implicaciones:

Los principales parámetros Corriente eléctrica Current La corriente nominal en estado (IT) es la corriente de trabajo estable máxima, comúnmente conocida como corriente. La TI de los tiristores de uso común es generalmente de una a varias decenas de amperios. Voltage Voltaje repetitivo pico inverso (VRRM) o voltaje pico repetitivo fuera

de

estado (VDRM),

comúnmente

conocido

como

voltaje

de

resistencia. El VRRM / VDRM de los tiristores de uso común es generalmente de varios cientos de voltios a mil voltios.

Current Corriente de activación del electrodo de control (IGT), comúnmente conocida como corriente de activación. La IGT de los tiristores de uso común es generalmente de unos pocos microamperios a decenas de miliamperios. 4. Bajo las condiciones de temperatura ambiente y disipación de calor especificadas, permita que la corriente promedio atraviese el cátodo y el ánodo. Forma del paquete Los paquetes de tiristores utilizados comúnmente son TO-92, TO-126, TO-202AB, TO-220, TO-220ABC, TO-3P, SOT-89, TO-251, TO-252, SOT23, SOT23- 3L etc. utilizar El uso más básico de los tiristores ordinarios es la rectificación controlada. El conocido circuito rectificador de diodos pertenece al circuito rectificador incontrolable. Si el diodo se reemplaza con un tiristor, se puede formar un circuito rectificador controlable . Tomando como ejemplo el circuito rectificador controlable de media onda monofásico más simple, durante el medio ciclo positivo de la tensión de CA sinusoidal U2, si el electrodo de control de VS no ingresa el pulso de activación Ug, VS todavía

no se puede encender, solo cuando U2 está en el medio ciclo positivo, en Cuando el impulso de activación Ug se aplica al polo de control, el tiristor se activa para conducir. Dibuje sus formas de onda (c) y (d), solo cuando llega el impulso de activación Ug, hay una salida de voltaje UL en la carga RL. Ug llega temprano, el tiristor se enciende t...