1.4.3. Динамические характеристики тиристора

Включение тиристора осуществляется подачей импульса тока в цепь управле­ния. На рис. 1.26 показаны временные диаграммы тока и напряжения тиристора при его включении. Время включения t_вкл состоит из времени задержки и вре­мени нарастания тока тиристора i_А. Время задержки определяется от момента вре­мени t = t₀ подачи импульса тока управляющего электрода (на рис. 1.26 этот импульс имеет идеально крутой фронт) до начала спада напряжения анод—катод тиристора и_АС на 10 % начального значения. Увеличение тока тиристора i_А закон­чится в момент времени t = t₂, когда напряжение и_АС составит 10 % начального значения, а ток i_А достигнет 90 % установившегося значения. На длительность переходного процесса значительное влияние оказывают нагрузка (активная, индуктивная и др.), амплитуда и скорость нарастания импульса тока управляю­щего электрода, температура, напряжение и ток нагрузки. В цепи, содержащей тиристор, не должно возникать недопустимых значений скорости нарастания пря­мого напряжения dи_АСF/d_t при которых может происходить несанкционирован­ное включение тиристора при отсутствии сигнала управления, и скорости нараста­ния тока /, при превышении которой ток анода не успевает распространиться по всей площади кристалла тиристора, что вызывает прожиг структуры.

Рис. 1.27. Диаграммы тока и напряжения Рис. 1.26. Диаграммы при включении

выключения тиристора тиристора

Процессы выключения тиристора и диода подобны. На рис. 1.27 представлены временные диаграммы выключения тиристора под воздействием обратного напря­жения анод-катод и_АСR с последующим воздействием прямого напряжения анод-катод и_ACF. Вначале прямой ток снижается с определенной параметрами коммути­руемой цепи скоростью / до нуля. Затем идет процесс обратного

восстанов­ления в течение времени , когда протекает обратный ток восстановления . Далее происходит рекомбинация избыточных носителей заряда в течение времени t_r. Время выключения тиристора составляет = t_RR + t_r. По истечении этого вре­мени тиристор вновь способен выдерживать в закрытом состоянии прямое напря­жение, нарастающее со скоростью dи_АСF/d_t, не превышающей допустимое значе­ние. На время выключения влияют температура, напряжение, скорость спада прямого тока и нарастание прямого напряжения.

Тиристоры выключаются естественным (естественной коммутацией) или прину­дительным (принудительной или искусственной коммутацией) способами. Есте­ственная коммутация происходит под воздействием переменного напряжения сети в момент спадания тока до нуля. Принудительный способ выключения выполняют подключением параллельно VS заряженного конденсатора (рис. 1.28, а) или LС - цепи с предварительно заряжен­ным конденсатором (рис. 1.28, б) либо колебательным переходным процессом в цепи нагрузки, при котором ток нагрузки проходит через нуль (рис. 1.28, в).

. Рис.1.28. Способы коммутации тиристоров:

а — посредством подключения заряженного конденсатора; б — посредством колеба- тельного раз­ряда LС-контура; в — за счет колебательного изменения тока в нагрузке

При коммутации по схеме на рис. 1.28, а подключение коммутирующего конденсатора, например другим вспомогательным тиристором, вызывает его разряд на проводя­щий основной тиристор. Так как разрядный ток конденсатора направлен встречно прямому току тиристора, последний снижается до нуля и тиристор выключается. Если пренебречь сопротивлением цепи разряда конденсатора, которое обычно очень мало, то можно считать время спада тока в тиристоре равным нулю. Однако восстановление запирающей способности, когда тиристор сможет выдерживать прямое напряжение, наступит после окончания рекомбинации избыточных носи­телей заряда. Поэтому интервал времени между началом разряда конденсатора изменением на нем полярности напряжения под воздействием внешних источни­ков напряжения или тока должен быть больше времени выключения тиристора .

В схеме на рис. 1.28, б подключение LС-контура вызывает колебательный раз­ряд коммутирующего конденсатора С_к. Разрядный ток вначале протекает в тири­сторе встречно прямому току, и, когда они становятся равными, тиристор выклю­чается. Далее ток LС-контура переходит из тиристора VS в диод VD. Пока через диод VD протекает ток контура, к тиристору VS будет приложено обратное напряжение равное падению напряжения на включенном диоде. Этот интервал времени должен быть больше времени выключения тиристора , включающего время вос­становления запирающей способности.

В схеме на рис. 1.28, в подключение тиристора VS к комплексной RLC-нагрузке вызывает переходный процесс в цепи нагрузки. Этот процесс может иметь колеба­тельный характер при изменении полярности тока нагрузки i_н. В этом случае после выключения тиристора VS происходит включение диода VD, который про­водит ток противоположной полярности. Время проводящего состояния диода, как и в схеме на рис. 1.28, б, должно быть больше времени выключения тиристора. Иногда этот способ коммутации называют квазиестественным, так как он связан с изменением полярности тока нагрузки, как и в цепи переменного тока.

Защита тиристоров. Тиристоры являются приборами критичными к скоро­стям нарастания прямого тока / и прямого напряжения /. В тиристо­рах протекает обратный ток восстановления , резкое спадание которого до нуля приводит к возникновению перенапряжений высоких значений. Такие перенапря­жения являются следствием резкого прекращения тока в индуктивных элементах схемы, включая малые индуктивности монтажа, рассеяния трансформаторов и т. п. Поэтому для защиты тиристоров от перенапряжений обычно используют демпфи­рующие RС-цепи.

Для защиты от высоких значений / в цепях с малым полным сопротивле­нием последовательно включается линейный или насыщающийся реактор. Однако в большинстве случаев внутреннее индуктивное сопротивление источни ков напряжения, входящих в цепь включаемого тиристора, оказывается достаточным, чтобы не вводить дополнительные индуктивности. Поэтому ограничиваются RС-цепями, подключенными параллельно тиристору.