Ўзбекистон алоқа ва ахборотлаштириш агентлиги тошкент ахборот технологиялари университети алоқа қурилмаларининг электр таъминоти кафедраси

Тиристорли бошқариладиган тўғрилаш схемалари

Тиристорлар кенг қўлланилиб келинаётган элемент бўлиб, замонавий ўзгартириш техникасининг истиқболли элементи ҳисобланади.

Тиристорлар ёрдамида бир қурилмада катта қийматдаги қувватлардан ўзгартиришдан ташқари, бир неча функцияларни, яъни тўғрилаш ҳамда ростлаш, тўғрилаш ҳамда стабиллаш, ўзгартириш ва стабиллаш ва ҳоказолар амалга оширилади.
Тиристор 4 қатламдаги структурали ярим ўтказгичли асбоб бўлиб, кетма-кет уланган учта р-n ўтиш (а,в,с) ни ташкил қилади (6.3-расм).

6.3-расм. Тиристорнинг тузилиши ва схемада белгиланиши

Тиристорнинг вольт-ампер тавсифи (ВАХ) 6.4-расмда келтирилган бўлиб, уни қуйидаги соҳаларга ажратиш мумкин: 1-тўғри йўналишдаги ўтказмаслик ҳолати соҳаси; 2-тешилиш соҳаси; 3-манфий қаршилик соҳаси; 4-юқори ўтказувчанлик соҳаси; 5-тескари ўтишдаги ўтказмаслик ҳолати соҳаси; 6- қайтмас лавин тешилиш соҳаси.

6.4-расм. Тиристорнинг вольт-ампер тавсифи

Агар бошқарувчи элемент электродга (БЭ) кучланиш қўйилмаган бўлиб, анод (А) ва катод (К) орасидаги кучланиш U_{тўғ.рух} дан ошмаса, у ҳолда тиристор ёпиқ ва ундан ток ўтмайди. Анод кучланиши етарлича юқори, яъни U_{тўғ.рух} га тенг бўлса, ўрта р-n ўтишда эркин заряд ташувчилар кўчкисимон равишда ортади ва бу тиристордан оқиб ўтувчи анод токининг кескин ортиб кетишига сабаб бўлади. Бунинг натижасида кучланишнинг тушуви оний (15-20 мкс) равишда камаяди.

Тиристорнинг кичик қаршилик ҳолатига (яъни юқори ўтказувчанлик ҳолати) ўтиши тиристорнинг очилиши дейилади. Бунда тиристордан тўғри йўналишда оқиб ўтувчи ток (4-соҳа) амалда юклама қаршилиги билан чегараланади.
Кичик қаршилик ҳолатигача (3-соҳа) тиристорнинг ишчи нуқтаси манфий қаршилик соҳасидан (яъни тиристордаги кучланишнинг тушиши билан анод токининг ортиши) ўтади. Тиристорнинг ишчи нуқтаси ВАХнинг юқори ўтказувчанлик соҳасида тиристордан оқиб ўтувчи анод токининг қиймати I_УТ ушлаб турувчи ток қийматидан кичик бўлгунча жойлашади.
Тиристорга манфий кучланиш қўйилганда кетма-кет уланган ҳар икки четдаги р-n ўтишлар тескари ўтишда аралаш, ўртадаги р-n ўтиш эса тўғри йўналишда бўлиб қолади. Бу ҳолда тиристорнинг ишлаши ўтказмаслик йўналишидаги р-n ўтиш ишига ўхшайди ва демак, тиристорнинг тескари тавсифи (5-соҳа) кремнийли диоднинг тескари тавсифига ўхшаш бўлади. Ўтказмаслик ҳолатида тиристорнинг қаршилиги бир неча мегаомларгача етиши мумкин. Тиристорнинг ўтказмаслик ҳолатига қайтиши тиристорнинг ёпилиши дейилади. 6- соҳа тиристорнинг қайтмас тешилишини кўрсатади.
Бошқарувчи электродга бошқариш сигнали берилганда тиристорнинг тўғри очилиш кучланиши U_ОТ камаяди (I_БОШҚ›0). Демак, бу ҳолда тиристорнинг ёпилиши учун кичикроқ анод кучланиши талаб қилинади.
Бошқариш сигналининг қийматини ўзгартириб, тиристорнинг очилиш кучланиши қийматини ростлаш мумкин.
Агар бошқариш сигнали тиристорнинг очилишини таъминлаган бўлса, у ҳолда бундан кейин тиристор бошқарилмайди. Тиристорнинг ёпилиши учун анод токини шундай камайтириш керакки, токи у I_УТ дан кичик бўлсин.
Маълумки, тиристор очилгандан кейин бошқариш занжири унинг ҳолатига таъсир қилмайди., шунинг учун тиристорни бошқариш узунлиги унча катта бўлмаган ва фронти етарлича тик бўлган импульслар орқали амалга оширилади.
Тиристорларни бошқаришнинг бир неча усуллари мавжуд бўлиб, улардан амплитудавий, фазавий ва фаза-импульсли усулларини ажратиб кўрсатиш мумкин.
Амплитудавий усулда бошқарувчи электродга қиймат жиҳатдан ўзгарувчи мусбат кучланиш берилади. Шу билан бирга тирсторнинг очилиш моментининг ўзгариши таъминланади.
Тиристорларни бошқаришнинг фазавий усулида фаза айлантиргич кўприк ёрдамида тиристорнинг анод кучланишига нисбатан бошқариш кучланишининг фазаси ўзгартирилади. Бошқариш сигнали частотаси бундай схемаларда таъминот тармоғи частотаси билан синхронлаштирилган бўлиши керак. Бошқариш занжири схемалари содда тузилган бўлиб, улар резистор ва конденсаторлардан иборат. Фазавий усулнинг камчилиги бошқарувчи кучланиш эгрилигининг кичиклиги натижасида тиристорнинг очилиш моментининг унча юқори бўлмаган стабиллигидир.
Фаза-импульсли усулнинг фазавий усулдан фарқи шундаки, бунда тиристорнинг очилиш моментида аниқлик ва стабилликни ошириш мақсадида бошқарувчи электродга тик фронтли импульли кучланиш берилади. Бу усул ҳозирги вақтда кенг қўлланилмоқда. Фаза-импульсли усулдаги бошқариш занжири схемалари турлича бўлиб, фазавий усулдаги бошқариш занжири схемаларига қараганда мураккаб тузилишга эга.
6.5-расмда бир фазали, бир ярим даврли тўғрилагичнинг актив юкламадаги иш жараёни схемаси, унинг кучланишлари ва токлари осциллограммалари эса 6.6-расмда тасвирланган.

6.5-расм. Бир ярим даврли тиристорли тўғрилагичнинг схемаси

Агар тиристорга мусбат кучланиш бошқарувчи импульс билан бир вақтда берилса, ишчи занжирдан бир давр мобайнида ток оқиб ўтади. Бундай режим (6.6-расмдаги б, в-осциллограммалар) бошқарилмайдиган режим дейилади.

Агар бошқарувчи импульс тиристорга тўғри кучланишга нисбатан бирор вақтга кечикиб берилса, у ҳолда тиристордан бир давр мобайнида оқиб ўтувчи ток камаяди ва тўғриланган токнинг ўртача қиймати I_0a тўғрилагичнинг бошқарилмайдиган режимидаги I₀ қийматдан кичик бўлади. a- бурчак бошқариш бурчаги дейилади.

6.6-расм. Бир ярим даврли тиристорли тўғрилагичнинг кучланишлари ва токлари осциллограммалари

Бошқариладиган режимда ток ва кучланиш a бурчакка боғлиқ ва бир фазали бир ярим даврли схема учун қуйидагига тенг бўлади:

I_0a= I₀(1+cosa)/2 , (6.7)

U_0a= U₀(1+cosa)/2 , (6.8)

Бир фазали икки ярим даврли тўғрилаш схемасида m=2 бўлганлиги учун ток ва кучланиш қуйидагига тенг бўлади:

I_0a= I₀(1+cosa), (6.9)

U_0a= U₀(1+cosa) , (6.10)

(I_0a/I₀)=j(a) ва (U_0a/U₀)=j(a) боғликлар ростлаш тавсифлари дейилади. 6.7-расмда икки ярим даврли тўғрилагичнинг ростлаш тавсифи келтирилган.

И кки ярим даврли тўғрилаш схемасининг иш жараёнини икки фазали ўрта нуқтали схема мисолида кўриб чиқамиз (6.7-расм).
6.7-расм. Икки ярим даврли тўғрилагичнинг ростлаш тавсифи
Агар a>0 бўлса, яъни I_бошқ ток импульси бошқарувчи электрод занжиридаги бошқарилмайдиган тиристор кучланишидан кечикиб оқиб ўтса, wt=0 дан wt=a гача VS1 тиристордан ток оқиб ўтмайди, ундаги тўғри йўналишдаги кучланиш ортади, юкламадаги кучланиш эса нолга тенг бўлади, t₁=a/w моментда VS1 тиристор I_бошқ ток импульси таъсирида очилади ва юкламадаги кучланиш сакрашсимон равишда t₁ вақт моментидаги U₂₁(t) фаза кучланиши қийматигача ортади (6.6-расм). t₂=p/w моментда U₂₁(t) фаза кучланиши ишораси ўзгаради ва тескари ток таъсирида VS1 тиристор ёпилади. t₂=(p+a)/w моментда VS2 тиристор бошқарувчи электродига мусбат потенциал берилади ва I_бошқ ток импульси таъсирида VS2 тиристор очилади, ундаги кучланиш U_V2 кескин камаяди, юкламадаги кучланиш U₀ эса сакрашсимон тарзда U₂₂(t) фаза кучланиши қийматигача ортади. wt₂ дан wt₃ гача бўлган интервалда юкламадаги кучланиш нолга тенг бўлади, чунки VS1 ва VS2 тиристорлар ёпиқ бўлади. Кейин жараён такрорланади.

6.8-расм. Икки ярим даврли тиристорли тўғрилаш схемаси

Шуни таъкидлаб ўтиш керакки, бошқарилувчи тўғрилагичларда бошқариш бурчагининг ортиши билан кучланиш ва ток орасидаги фазалар фарқи ортади, яъни тармоқдан реактив ток истеъмоли ортади ва тўғрилагичнинг қувват коэффициенти камаяди.
6.6 ва 6.9-расмларда келтирилган актив характердаги юклама учун олинган осцилограммалардан кўринадики, улардаги кучланиш (ток) лар импульсланувчи кўринишга эга, яъни силиқловчи фильтр қўйилиши зарур.
Маълумки фильтр индуктив элементдан бошланганлиги учун тўғрилагич узлуксиз ток режимидан ташқари индуктив элементда йиғилган энергия юкламадаги токни тўғрилагичнинг иккинчи фазаси очилгунча ушлаб туришга етарли бўлмаганда узлукли ток режимида ҳам ишлаши мумкин. Узлуксиз ток режими асосий режим ҳисобланади. Бунда индуктив элементда йиғилган энергия юкламадаги токни тўғрилагичнинг иккинчи фазаси очилгунча ушлаб туришга етарли юкламадаги ток узлуксиз бўлади.

L›L_KP═(R_ю/w) tga, (6.11)

Бу шарт юклама катта қаршиликка эга бўлганида ва тўғрилагич салт ишлаганида бажарилиши қийин.

6.9.-расм. Икки ярим даврли тиристорли тўғрилагичнинг кучланишлари ва токлари осциллограммалари