Параметры - неизвестны, это прибор будущего.

3. Тиристоры

Тиристор - элемент с четырехслойной полупроводнико­вой структурой (рис. 2.6 а).

В статическом режиме тиристор может находиться в трех состояниях:

• запертое состояние при отрицательном напряжении на аноде от­носительно катода;

• запертое состояние при положительном напряжении на аноде от­носительно катода;

• открытое состояние.

Переход из второго состояния в третье называется включением ти­ристора. Переход из открытого состояния в запертое называется вык­лючением тиристора. Вольт-амперная характеристика тиристора при­ведена на рис. 2.6 в. При увеличении тока управления снижается на­пряжение включения. Таким образом, тиристор является прибором с управляемым напряжением включения.

После включения управляющий электрод теряет управляющие свойства и, следовательно, с его помощью выключить тиристор нельзя. Тиристор может выключиться самостоятельно в том случае, когда анодный ток станет меньше тока удержания. Обычно считается, что ток удержания равен нулю. Однако в некоторых случаях, для точ­ных расчетов, его следует учитывать. Основные параметры тиристора во включенном состоянии повторяют параметры диода (U_ТО —порого­вое напряжение,r_Т — динамическое сопротивление во включенном состоянии (рис. 2.6 в).

К предельно допустимым параметрам тиристо­ра относятся:

• допустимое обратное напряжение U_ОБР; допустимый прямой ток I_ПР.

К динамическим параметрам относятся время включения t_ВКЛ и вык­лючения t_ВЫКЛ. Для надежного включения тиристора необходимо, чтобы параметры импульса тока управления на начальном участке — его амплитуда I_YMAX, длительность и скорость нарастания отвечали определенным требованиям, которые обеспечивают быстрое и надеж­ное включение тиристора. При включении тиристора после подачи импульса тока на управляющий электрод проходит некоторое время, необходимое для включения тиристора. Кривые мгновенных значений токов и напряжений в тиристоре при его включении на резистивную нагрузку приведены на рис. 2.7.

Процесс нарастания тока в тиристоре начинается спустя некоторое время задержки t_ЗАД, которое зависит от амплитуды импульса тока уп­равления I_Уmax на начальном участке. В течение времени задержки ток в тиристоре нарастает до значения тока удержания I_УД. Этот ток обыч­но принимается равным I_УД= 0,1/_н. При достаточно большом токе уп­равления время задержки достигает долей микросекунды (от 0,1 до 1...2 мкс).

Затем происходит нарастание тока через прибор, которое обычно называют временем нарастанияt_НАР. После включения тиристора амп­литуда импульса тока управления может быть значительно уменьшена.

Процесс выключения тиристора складывается из трех фаз (рис. 2.7):

1. фаза нарастания обратного тока через тиристор t₁;

2. фаза спада обратного тока до нуля (t₂);

3. фаза восстановления запирающих свойств тиристора (t₃).

Только спустя время выключения t_ВЫКЛ=t₁+t₂+t₃ к тиристору мож­но повторно прикладывать прямое напряжение.

Потери в тиристоре состоят из потерь при протекании прямого тока, коммутационных потерь и потерь в цепи управления. Потери при протекании прямого тока рассчитываются так же, как в диодах.

Коммутационные потери и потери в цепи управления зависят от спо­соба включения и выключения тиристора.

Способы выключениятиристора (способы коммутации) можно раз­делить на два:

1. коммутация от сети (естественная);

2. искусственная коммутация, которая, как правило, осуществляет­ся от предварительно заряженной емкости.

Естественная коммутация имеет место в управляемых выпрямителях, ведомых сетью инверторах и непосредственных преобразователях часто­ты, которые описаны ниже. Способы искусственной коммутации и схе­мы, реализующие эту коммутацию (коммутирующие устройства), доста­точно разнообразны. На рис. 2.8, 2.9 приведены в упрощенном виде наи­более распространенные схемы коммутирующих устройств.

В схемах (рис. 2.8) процесс коммутации обуславливается образованием колебатель­ного контура после включения вспомогательного тиристора Т_K.

Время t_пв, предоставляемое на восстановление силового тиристора Т в этом случае, равно продолжительности протекания тока через встречно включенный диод Д. При этом к тиристору прикладывается небольшое обратное напряжение равное прямому падению напряже­ния на диоде.

Рассмотренная коммутация часто называется «мягкой».

В схемах (рис. 2.9) при включении вспомогательного тиристора Т_к к силовому тиристору сразу прикладывается большое обратное напря­жение равное начальному напряжению на конденсаторе. Поэтому си­ловой тиристор практически мгновенно запирается, а время, предос­тавляемое силовому тиристору на восстановление, равно продолжи­тельности действия отрицательного напряжения на тиристоре.Рассмотренная коммутация часто называется «жесткой».

Тиристоры подвержены самопроизвольному включению при быст­ром изменении напряжения на аноде. Это явление получило название эффекта du/dt. Даже при небольшом напряжении на аноде тиристор может включится при большой скорости его изменения.

Большие значения du/dt может также вывести тиристор из строя. К такому же результату может привести большая скорость нарастания тока при включении тиристора. Уменьшить потери при переключении и защитить тиристор от самопроизвольного включения и выхода из строя позволяют цепи формирования траектории (снабберы).