5.4. Применение тиристоров

Главная область применения мощных тиристоров – силовая (энергетическая) электроника. Маломощные тиристоры используются в импульсных схемах информационной электроники. В области высоких мощностей тиристор являлся основным силовым прибором, однако в последнее время его активно вытесняют транзисторы типа IGBT и их новые модификации.

5.4.1. Схема однополупериодного выпрямления

Применение триодного тиристора в цепи переменного напряжения для выпрямления тока показано на рис. 5.7 [28]. На вход схемы поступает синусоидальное напряжение u₁(t) как положительной, так и отрицательной полярности. Амплитудное значение напряжение u_мах должно быть меньше, чем напряжение U_вкл неуправляемого тиристора. Другими словами, без управляющего сигнала тиристор не откроется ни при прямой, ни при обратной полуволне входного напряжения.

В первый полупериод 0 < t<  напряжение u₁ > 0, и к тиристору VD приложено прямое напряжение, но в интервале 0 < t< t₁ тиристор закрыт, поскольку отсутствует управляющий сигнал. Сопротивление цепи анод–катод закрытого тиристора большое, поэтому ток через тиристор и сопротивление нагрузки R_н практически отсутствует.

При поступлении на тиристор в момент времени t = t₁ кратковременного управляющего импульса u_y требуемой амплитуды, протекает кратковременный ток управления I_у, и тиристор открывается. Сопротивление цепи анод-катод тиристора резко уменьшается, и через тиристор и нагрузку R_н начинает протекать анодный ток i(t). Сопротивление цепи анод-катод открытого тиристора во много раз меньше сопротивления резистора R_н, поэтому после включения тиристора анодный ток равен i_А = U₁/R_н. Время переключения тиристора во много раз меньше периода изменения u₁, и поэтому ток i_А изменяется скачком. Как отмечено выше, после того, как тиристор включился, он остается в открытом состоянии даже при выключенном управляющем напряжении.

По мере того, как в интервале t₁ < t< на входе схемы, и, соответственно, на включенном тиристоре, возрастает и затем уменьшается напряжение u₁, ток в цепи изменяется до тех пор, пока не уменьшится до нуля. Это происходит при u₁(t) = 0 в момент t = 

На интервале  < t < 2 напряжение u₁(t) < 0 к тиристору приложено обратное напряжение, и, независимо от управляющего сигнала u_y, тринистор закрыт (т. к. не является симмистором).

Во втором и последующих периодах схема работает также как и в первом периоде.

а) б)

Рис. 5.7. Схема однополупериодного выпрямления (а) и временные диаграммы (б)

Угол , отсчитываемый от начала полупериода, в течение которого к тиристору приложено прямое напряжение, до момента t₁ включения тиристора, называется углом управления. Изменяя угол , т.е. подавая импульс управляющего тока в различное время с помощью специальной схемы, можно изменять среднее значение выпрямленного тока I_d, протекающего через нагрузку R_н. Очевидно, что, регулируя  в пределах от 0 до , можно добиться изменения I_d от максимального I_dmax до нулевого значения.

Заметим, что анализируемый тиристор включается только при анодном напряжении одной полярности.

Двухполярное питающее напряжение можно подавать только на симмистор. В этом случае через нагрузку будет протекать ток в одном и в другом направлении.

Обратим внимание, что параметры управляющего сигнала (ток и напряжение) во много раз меньше параметров ток и напряжения нагрузки. Поэтому говорится, что тиристор позволяет маломощным электрическим сигналом управлять потоком электроэнергии во много раз больше мощности.

Управляемые тиристоры используются в выпрямителях и инверторах (инверторах тока, напряжения, резонансных инверторах) – преобразователях энергии постоянного тока в переменный ток [28].