Métodos de conmutación de tiristores en electrónica de potencia

La mayoría de equipo convertidor y uso de fuentes de alimentación conmutadas electrónica de potencia componentes como tiristores, MOSFET y otros dispositivos semiconductores de potencia para operaciones de conmutación de alta frecuencia en clasificaciones de alta potencia. Considere los tiristores que usamos con mucha frecuencia como interruptores biestables en varias aplicaciones. Estos tiristores utilizan interruptores que se deben encender y apagar. Para encender los tiristores, hay algunos métodos de encendido de tiristores llamados métodos de activación de tiristores. De manera similar, para apagar tiristores, existen métodos llamados métodos o técnicas de conmutación de tiristores. Antes de discutir las técnicas de conmutación de tiristores, debemos saber algo sobre los conceptos básicos de tiristores, como un tiristor, funcionamiento de tiristores, diferentes tipos de tiristores y métodos de encendido de tiristores.

¿Qué es un tiristor?

Los dispositivos semiconductores de dos a cuatro conductores que constan de cuatro capas de materiales alternados de tipo N y P se denominan tiristores. Estos se utilizan generalmente como interruptores biestables que se conducirán solo cuando se active el terminal de puerta del tiristor. Un tiristor también se llama rectificador controlado por silicio o SCR.

Tiristor

¿Qué es la conmutación de SCR?

La conmutación no es más que el método de apagado de un SCR. Es un método utilizado para llevar un SCR o tiristor del estado ON al estado OFF. Sabemos que un SCR se puede activar utilizando una señal de puerta hacia un SCR cuando está en polarización de reenvío. Pero el SCR debe apagarse cuando sea necesario para controlar la energía, de lo contrario, para acondicionar la energía.

Circuito de conmutación para SCR

Cuando un SCR se mueve en el modo de conducción de reenvío, su terminal de puerta pierde su control. Para eso, se debe usar algún circuito adicional para apagar el tiristor / SCR. Entonces, este circuito adicional se llama circuito de conmutación.

Entonces, este término se usa principalmente para transferir la corriente de un ane a otro. El circuito de conmutación reduce principalmente la corriente directa a cero para apagar el tiristor. Por lo tanto, se deben cumplir las siguientes condiciones para apagar el tiristor una vez que esté en conducción.

• La corriente directa del tiristor o SCR debe reducirse a cero, de lo contrario, por debajo del nivel de corriente de retención.
• Se debe proporcionar un voltaje inverso amplio a través del SCR / tiristor para recuperar su condición de bloqueo directo.

Una vez que el SCR se apaga al disminuir la corriente directa a cero, existen portadores de carga excedentes dentro de diferentes capas. Para recuperar la condición de bloqueo directo del tiristor, estos portadores de carga excedentes deben recombinarse. Entonces, este método de recombinación puede acelerarse aplicando un voltaje inverso a través del tiristor.

Métodos de conmutación de tiristores

Como hemos estudiado anteriormente, un tiristor se puede encender activando un terminal de puerta con un pulso de corta duración de bajo voltaje. Pero después de encenderse, conducirá de manera continua hasta que el tiristor tenga polarización inversa o la corriente de carga caiga a cero. Esta conducción continua de tiristores causa problemas en algunas aplicaciones. El proceso utilizado para apagar un tiristor se llama conmutación. Mediante el proceso de conmutación, el modo de funcionamiento del tiristor cambia del modo de conducción directa al modo de bloqueo directo. Por lo tanto, los métodos de conmutación de tiristores o las técnicas de conmutación de tiristores se utilizan para apagar.

Las técnicas de conmutación de tiristores se clasifican en dos tipos:

• Conmutación natural
• Conmutación forzada

Conmutación natural

Generalmente, si consideramos el suministro de CA, la corriente fluirá a través de la línea de cruce por cero mientras pasa de un pico positivo a otro negativo. Por lo tanto, aparecerá un voltaje inverso a través del dispositivo simultáneamente, lo que apagará el tiristor inmediatamente. Este proceso se denomina conmutación natural, ya que el tiristor se apaga de forma natural sin utilizar ningún componente, circuito o suministro externo para fines de conmutación.

La conmutación natural se puede observar en controladores de voltaje CA, rectificadores controlados por fase y cicloconvertidores.

Conmutación forzada

El tiristor se puede apagar aplicando polarización inversa al SCR o utilizando componentes activos o pasivos. La corriente del tiristor se puede reducir a un valor por debajo del valor de la corriente de mantenimiento. Dado que el tiristor se apaga a la fuerza, se denomina proceso de conmutación forzada. los componentes electrónicos y eléctricos básicos como la inductancia y la capacitancia se utilizan como elementos de conmutación para fines de conmutación.

La conmutación forzada se puede observar mientras se usa el suministro de CC, por lo que también se denomina conmutación de CC. El circuito externo utilizado para el proceso de conmutación forzada se denomina circuito de conmutación y los elementos utilizados en este circuito se denominan elementos de conmutación.

Clasificación de los métodos de conmutación forzada

Aquí, la clasificación de los métodos de conmutación de tiristores se analiza a continuación. Su clasificación se realiza principalmente en función de si el pulso de conmutación es un pulso de corriente de un pulso de tensión, si está conectado en serie / paralelo a través del SCR a conmutar, si la señal se da a través de un tiristor auxiliar o principal, si el El circuito de conmutación se carga desde una fuente auxiliar o principal. La clasificación de los inversores se puede realizar principalmente en función de la ubicación de las señales de conmutación. La conmutación forzada se puede clasificar en diferentes métodos de la siguiente manera:

• Clase A: Auto conmutado por una carga resonante
• Clase B: Auto conmutado por un circuito LC
• Clase C: Cor L-C conmutado por otro SCR portador de carga
• Clase D: C o L-C conmutada por un SCR auxiliar
• Clase E: una fuente de impulsos externa para conmutación
• Clase F: conmutación de línea CA

Clase A: Auto conmutado por una carga resonante

La clase A es una de las técnicas de conmutación de tiristores más utilizadas. Si el tiristor se activa o activa, la corriente del ánodo fluirá al cargar condensador C con punto como positivo. El circuito subamortiguado de segundo orden está formado por inductor o resistencia de CA , condensador y resistor. Si la corriente se acumula a través de SCR y completa el medio ciclo, entonces la corriente del inductor fluirá a través del SCR en la dirección inversa, lo que apagará el tiristor.

Método de conmutación de tiristores de clase A

Después de la conmutación del tiristor o de apagar el tiristor, el capacitor comenzará a descargarse desde su valor pico a través de la resistencia de manera exponencial. El tiristor estará en condición de polarización inversa hasta que el voltaje del capacitor regrese al nivel de voltaje de suministro.

Clase B: Auto conmutado por un circuito L-C

La principal diferencia entre los métodos de conmutación de tiristores de clase A y clase B es que el LC está conectado en serie con el tiristor de clase A, mientras que en paralelo con el tiristor de clase B. Antes de disparar en el SCR, el condensador se carga (el punto indica positivo). Si el SCR se activa o se le da un pulso de activación, entonces la corriente resultante tiene dos componentes.

Método de conmutación de tiristores de clase B

La corriente de carga constante que fluye a través de la carga R-L está asegurada por la gran reactancia conectada en serie con la carga que está sujeta con un diodo de rueda libre. Si la corriente sinusoidal fluye a través del circuito L-C resonante, entonces el condensador C se carga con un punto negativo al final del semiciclo.

La corriente total que fluye a través del SCR se vuelve cero con la corriente inversa que fluye a través del SCR oponiéndose a la corriente de carga durante una pequeña fracción de la oscilación negativa. Si la corriente del circuito resonante o la corriente inversa se vuelve un poco mayor que la corriente de carga, entonces el SCR se apagará.

Clase C: C o L-C conmutada por otro SCR portador de carga

En los métodos de conmutación de tiristores anteriores, observamos solo un SCR, pero en estas técnicas de conmutación de tiristores de clase C, habrá dos SCR. Un SCR se considera como tiristor principal y el otro como tiristor auxiliar. En esta clasificación, ambos pueden actuar como SCR principales que transportan corriente de carga y pueden diseñarse con cuatro SCR con carga a través del capacitor utilizando una fuente de corriente para suministrar un convertidor integral.

Método de conmutación de tiristores de clase C

Si se activa el tiristor T2, el condensador se cargará. Si se activa el tiristor T1, entonces el condensador se descargará y esta corriente de descarga de C se opondrá al flujo de corriente de carga en T2 cuando el condensador se conmuta a través de T2 a través de T1.

Clase D: L-C o C conmutada por un SCR auxiliar

Los métodos de conmutación de tiristores de clase C y clase D se pueden diferenciar con la corriente de carga en la clase D: solo uno de los SCR llevará la corriente de carga mientras que el otro actúa como un tiristor auxiliar mientras que en la clase C ambos SCR llevarán la corriente de carga. El tiristor auxiliar consta de una resistencia en su ánodo que tiene una resistencia de aproximadamente diez veces la resistencia de carga.

Tipo Clase D

Al activar el Ta (tiristor auxiliar), el capacitor se carga para suministrar voltaje y luego el Ta se apagará. El voltaje adicional, si lo hubiera, debido a la inductancia sustancial en las líneas de entrada se descargará a través del circuito de carga de diodo-inductor.

Si se activa el Tm (tiristor principal), entonces la corriente fluirá en dos rutas: la corriente de conmutación fluirá a través de la ruta C-Tm-L-D y la corriente de carga fluirá a través de la carga. Si la carga en el capacitor se invierte y se mantiene en ese nivel usando el diodo y si Ta se vuelve a activar, entonces el voltaje a través del capacitor aparecerá a través de Tm a través de Ta. Por lo tanto, el tiristor principal Tm se apagará.

Clase E: fuente de pulso externa para conmutación

Para las técnicas de conmutación de tiristores de clase E, un transformador no puede saturarse (ya que tiene suficiente espacio de hierro y aire) y es capaz de transportar la corriente de carga con una pequeña caída de voltaje en comparación con el voltaje de suministro. Si se activa el tiristor T, entonces la corriente fluirá a través del transformador de carga y pulso.

Tipo Clase E

Se utiliza un generador de impulsos externo para generar un impulso positivo que se suministra al cátodo del tiristor a través de un transformador de impulsos. El condensador C se carga a alrededor de 1v y se considera que tiene impedancia cero durante la duración del pulso de apagado. El voltaje a través del tiristor se invierte por el pulso del transformador electrico que suministra la corriente de recuperación inversa, y durante el tiempo de apagado requerido mantiene el voltaje negativo.

Clase F: línea de CA conmutada

En las técnicas de conmutación de tiristores de clase F, se utiliza una tensión alterna para el suministro y, durante el semiciclo positivo de este suministro, fluirá la corriente de carga. Si la carga es altamente inductiva, la corriente permanecerá hasta que se disipe la energía almacenada en la carga inductiva. Durante el semiciclo negativo, cuando la corriente de carga se vuelve cero, el tiristor se apagará. Si existe voltaje durante un período del tiempo de apagado nominal del dispositivo, entonces la polaridad negativa del voltaje a través del tiristor saliente lo apagará.

Tipo Clase F

Aquí, la duración del semiciclo debe ser mayor que el tiempo de apagado del tiristor. Este proceso de conmutación es similar al concepto de convertidor trifásico. Consideremos, principalmente T1 y T11 están conduciendo con el ángulo de disparo del convertidor, que es igual a 60 grados y está operando en modo de conducción continua con una carga altamente inductiva.

Si se activan los tiristores T2 y T22, instantáneamente la corriente a través de los dispositivos entrantes no aumentará al nivel de corriente de carga. Si la corriente a través de los tiristores entrantes alcanza el nivel de corriente de carga, se iniciará el proceso de conmutación de los tiristores salientes. Esta tensión de polarización inversa del tiristor debe continuar hasta que se alcance el estado de bloqueo directo.

Fallo en los métodos de conmutación del tiristor

La falla de conmutación del tiristor ocurre principalmente porque están conmutados en línea y la caída de voltaje puede conducir a un voltaje inadecuado para conmutar, por lo que causa una falla una vez que se enciende el siguiente tiristor. Por tanto, el fallo de conmutación se debe a varias razones, algunas de las cuales se comentan a continuación.
Los tiristores proporcionan un tiempo de recuperación inverso bastante lento, por lo que la corriente inversa principal puede suministrar en conducción de reenvío. Esto puede significar 'corriente de falla', que aparece de forma cíclica por la disipación de energía asociada que aparece a la vista en la falla del SCR.

En un circuito eléctrico, la conmutación es básicamente una vez que el flujo de corriente fluye de una rama del circuito a otra. Una falla de conmutación ocurre principalmente una vez que falla el cambio en la ruta por cualquier motivo.
Para un inversor o un circuito rectificador que utiliza SCR, puede ocurrir una falla de conmutación debido a dos razones básicas.

Si un tiristor no se enciende, el flujo de corriente no cambiará y el método de conmutación se quedará corto. De manera similar, si un tiristor se queda corto para apagarse, entonces el flujo de corriente puede conmutar parcialmente hacia la siguiente rama. Entonces esto también se considera un fracaso.

Diferencia entre técnicas de conmutación natural y conmutación forzada

Las diferencias entre la conmutación natural y la conmutación forzada se analizan a continuación.

Un tiristor se puede llamar simplemente rectificador controlado. Existen diferentes tipos de tiristores, que se utilizan para diseñar dispositivos basados ​​en electrónica de potencia. proyectos eléctricos innovadores . El proceso de encender el tiristor al proporcionar pulsos de activación al terminal de la puerta se denomina activación. De manera similar, el proceso de apagar el tiristor se llama conmutación. Espero que este artículo brinde información breve sobre las diferentes técnicas de conmutación del tiristor. Se proporcionará asistencia técnica adicional en función de sus comentarios y consultas en la sección de comentarios a continuación.