Metode Pergantian Thyristor di Power Electronics

Sebagian besar peralatan konverter dan penggunaan catu daya mode sakelar elektronika daya komponen seperti thyristor, MOSFET, dan perangkat semikonduktor daya lainnya untuk operasi pengalihan frekuensi tinggi pada peringkat daya tinggi. Pertimbangkan thyristor yang sangat sering kami gunakan sebagai sakelar bistable di beberapa aplikasi. Thyristor ini menggunakan sakelar yang diperlukan untuk dinyalakan dan dimatikan. Untuk menyalakan thyristor, ada beberapa metode menyalakan thyristor yang disebut metode pemicu thyristor. Demikian pula, untuk mematikan thyristor, ada metode yang disebut metode atau teknik pergantian thyristor. Sebelum membahas teknik pergantian thyristor, kita harus mengetahui sesuatu tentang dasar-dasar thyristor seperti thyristor, operasi thyristor, berbagai jenis thyristor, dan metode penyalaan thyristor.

Apa itu Thyristor?

Dua hingga empat perangkat semikonduktor timbal yang terdiri dari empat lapisan bahan tipe N dan P bolak-balik disebut thyristor. Ini umumnya digunakan sebagai sakelar bi-stable yang hanya akan berjalan ketika terminal gerbang thyristor dipicu. Thyristor juga disebut penyearah terkontrol silikon atau SCR.

Thyristor

Apa itu Pergantian SCR?

Pergantian tidak lain adalah metode mematikan dari sebuah SCR. Ini adalah salah satu metode yang digunakan untuk membawa SCR atau thyristor dari status ON ke status OFF. Kita tahu bahwa SCR dapat diaktifkan dengan menggunakan sinyal gerbang menuju SCR ketika berada dalam bias penerusan. Tetapi SCR perlu dimatikan ketika diperlukan untuk pengontrolan daya atau pengkondisian daya.

Sirkuit Pergantian untuk SCR

Ketika sebuah SCR bergerak dalam mode konduksi penerusan, maka terminal gerbangnya kehilangan kendali. Untuk itu, beberapa rangkaian tambahan harus digunakan untuk mematikan thyristor / SCR. Jadi, sirkuit tambahan ini disebut sirkuit pergantian.

Jadi istilah ini terutama digunakan untuk mentransfer arus dari satu ke yang lain. Sirkuit pergantian terutama mengurangi arus maju ke nol untuk mematikan thyristor. Jadi, kondisi berikut harus dipenuhi untuk mematikan thyristor setelah dihantarkan.

• Arus maju thyristor atau SCR harus diturunkan menjadi nol jika tidak di bawah level holding saat ini.
• Tegangan balik yang cukup harus disediakan di seluruh SCR / thyristor untuk memulihkan kondisi pemblokiran maju.

Setelah SCR dimatikan dengan menurunkan arus maju ke nol, maka ada kelebihan pembawa muatan dalam lapisan yang berbeda. Untuk memulihkan kondisi pemblokiran depan thyristor, pembawa muatan berlebih ini harus digabungkan kembali. Jadi, metode rekombinasi ini dapat dipercepat dengan menerapkan tegangan balik pada thyristor.

Metode Pergantian Thyristor

Seperti yang telah kita pelajari di atas, thyristor dapat dihidupkan dengan memicu terminal gerbang dengan pulsa durasi pendek tegangan rendah. Tetapi setelah dinyalakan, itu akan berjalan terus menerus sampai thyristor bias balik atau arus beban turun menjadi nol. Konduksi thyristor yang terus menerus ini menyebabkan masalah dalam beberapa aplikasi. Proses yang digunakan untuk mematikan thyristor disebut pergantian. Dengan proses pergantian, mode operasi thyristor diubah dari mode konduksi maju ke mode pemblokiran maju. Jadi, metode pergantian thyristor atau teknik pergantian thyristor digunakan untuk mematikan.

Teknik pergantian thyristor diklasifikasikan menjadi dua jenis:

• Pergantian Alami
• Pergantian Paksa

Pergantian Alami

Umumnya, jika kita mempertimbangkan suplai AC, arus akan mengalir melalui garis persimpangan nol sambil pergi dari puncak positif ke puncak negatif. Dengan demikian, tegangan balik akan muncul di seluruh perangkat secara bersamaan, yang akan segera mematikan thyristor. Proses ini disebut pergantian alami karena thyristor dimatikan secara alami tanpa menggunakan komponen atau sirkuit eksternal atau suplai untuk tujuan pergantian.

Pergantian alami dapat diamati pada pengontrol tegangan AC, penyearah yang dikontrol fasa, dan konverter siklo.

Pergantian Paksa

Thyristor dapat dimatikan dengan membalikkan bias SCR atau dengan menggunakan komponen aktif atau pasif. Arus thyristor dapat dikurangi ke nilai di bawah nilai arus holding. Karena thyristor dimatikan secara paksa, ini disebut sebagai proses pergantian paksa. Itu elektronik dasar dan komponen kelistrikan seperti induktansi dan kapasitansi digunakan sebagai elemen pergantian untuk tujuan pergantian.

Pergantian paksa dapat diamati saat menggunakan suplai DC sehingga ini juga disebut pergantian DC. Rangkaian eksternal yang digunakan untuk proses pergantian paksa disebut rangkaian pergantian dan elemen yang digunakan dalam rangkaian ini disebut elemen pergantian.

Klasifikasi Metode Pergantian Paksa

Di sini, klasifikasi metode pergantian thyristor dibahas di bawah ini. Klasifikasinya terutama dilakukan tergantung pada apakah pulsa pergantian adalah pulsa arus dari pulsa tegangan, apakah itu dihubungkan secara seri / paralel melalui SCR yang akan diubah, apakah sinyal diberikan melalui thyristor tambahan atau utama, apakah itu sirkuit komutasi dibebankan dari sumber tambahan atau utama. Klasifikasi inverter terutama dapat dilakukan berdasarkan lokasi sinyal pergantian. Pergantian paksa dapat diklasifikasikan menjadi beberapa metode sebagai berikut:

• Kelas A: Pergantian diri sendiri oleh beban beresonansi
• Kelas B: Pergantian diri dengan sirkuit LC
• Kelas C: Cor L-C diganti dengan SCR pembawa beban lain
• Kelas D: C atau L-C diaktifkan oleh SCR tambahan
• Kelas E: Sumber pulsa eksternal untuk pergantian
• Kelas F: Pergantian jalur AC

Kelas A: Pergantian Diri dengan Beban Resonasi

Kelas A adalah salah satu teknik pergantian thyristor yang sering digunakan. Jika thyristor dipicu atau dihidupkan, maka arus anoda akan mengalir melalui pengisian kapasitor C dengan titik sebagai positif. Sirkuit under-damped orde-2 kedua dibentuk oleh induktor atau resistor AC , kapasitor, dan resistor. Jika arus terbentuk melalui SCR dan menyelesaikan setengah siklus, maka arus induktor akan mengalir melalui SCR ke arah sebaliknya yang akan mematikan thyristor.

Metode Pergantian Tiristor Kelas A.

Setelah thyristor pergantian atau mematikan thyristor, kapasitor akan mulai melepaskan dari nilai puncaknya melalui resistor secara eksponensial. Thyristor akan berada dalam kondisi bias balik sampai tegangan kapasitor kembali ke level tegangan suplai.

Kelas B: Pergantian Sendiri oleh Sirkuit L-C

Perbedaan utama antara metode pergantian thyristor kelas A dan kelas B adalah bahwa LC dihubungkan secara seri dengan thyristor di kelas A, sedangkan secara paralel dengan thyristor di kelas B.Sebelum memicu pada SCR, kapasitor diisi daya (titik menunjukkan positif). Jika SCR dipicu atau diberi pulsa pemicu, maka arus yang dihasilkan memiliki dua komponen.

Metode Pergantian Tiristor Kelas B.

Arus beban konstan yang mengalir melalui beban R-L dipastikan dengan reaktansi besar yang dihubungkan secara seri dengan beban yang dijepit dengan dioda freewheeling. Jika arus sinusoidal mengalir melalui rangkaian resonansi L-C, maka kapasitor C diisi dengan titik negatif pada akhir setengah siklus.

Arus total yang mengalir melalui SCR menjadi nol dengan arus balik yang mengalir melalui SCR berlawanan dengan arus beban untuk sebagian kecil dari ayunan negatif. Jika arus rangkaian resonansi atau arus balik menjadi lebih besar dari arus beban, maka SCR akan dimatikan.

Kelas C: C atau L-C Diaktifkan oleh SCR Pembawa Beban lain

Dalam metode pergantian thyristor di atas, kami mengamati hanya satu SCR tetapi dalam teknik pergantian kelas C dari thyristor, akan ada dua SCR. Satu SCR dianggap sebagai thyristor utama dan yang lainnya sebagai thyristor tambahan. Dalam klasifikasi ini, keduanya dapat bertindak sebagai SCR utama yang membawa arus beban dan mereka dapat dirancang dengan empat SCR dengan beban melintasi kapasitor dengan menggunakan sumber arus untuk memasok konverter integral.

Metode Pergantian Tiristor Kelas C.

Jika thyristor T2 dipicu, maka kapasitor akan terisi. Jika thyristor T1 dipicu, maka kapasitor akan melepaskan dan arus pelepasan C ini akan melawan aliran arus beban di T2 karena kapasitor dialihkan melintasi T2 melalui T1.

Kelas D: L-C atau C Diaktifkan oleh SCR Bantu

Metode pergantian thyristor kelas C dan kelas D dapat dibedakan dengan arus beban di kelas D: hanya satu SCR yang akan membawa arus beban sementara yang lain bertindak sebagai thyristor tambahan sedangkan di kelas C kedua SCR akan membawa arus beban. Thyristor bantu terdiri dari resistor di anoda yang memiliki resistansi kira-kira sepuluh kali lipat resistansi beban.

Tipe Kelas D.

Dengan memicu Ta (auxiliary thyristor) kapasitor diisi hingga tegangan suplai dan kemudian Ta akan mati. Tegangan ekstra jika ada, karena induktansi substansial di jalur input akan dibuang melalui rangkaian beban dioda-induktor.

Jika Tm (thyristor utama) dipicu, maka arus akan mengalir dalam dua jalur: arus pergantian akan mengalir melalui jalur C-Tm-L-D, dan arus beban akan mengalir melalui beban. Jika muatan pada kapasitor dibalik dan ditahan pada level itu menggunakan dioda dan jika Ta dipicu kembali, maka tegangan kapasitor akan muncul melintasi Tm melalui Ta. Dengan demikian, thyristor Tm utama akan dimatikan.

Kelas E: Sumber Pulsa Eksternal untuk Pergantian

Untuk teknik pergantian thyristor kelas E, trafo tidak dapat jenuh (karena memiliki celah besi dan udara yang cukup) dan mampu membawa arus beban dengan penurunan tegangan yang kecil dibandingkan dengan tegangan suplai. Jika thyristor T dipicu, maka arus akan mengalir melalui beban dan trafo pulsa.

Tipe Kelas E.

Generator pulsa eksternal digunakan untuk menghasilkan pulsa positif yang disuplai ke katoda thyristor melalui trafo pulsa. Kapasitor C dibebankan ke sekitar 1v dan dianggap memiliki impedansi nol untuk durasi pulsa mati. Tegangan di thyristor dibalik oleh pulsa dari trafo listrik yang memasok arus pemulihan balik, dan untuk waktu mati yang diperlukan ia menahan tegangan negatif.

Kelas F: Jalur AC Pergantian

Dalam teknik pergantian thyristor kelas F, tegangan bolak-balik digunakan untuk suplai dan, selama setengah siklus positif dari suplai ini, arus beban akan mengalir. Jika beban sangat induktif, maka arus akan tetap sampai energi yang tersimpan dalam beban induktif dihilangkan. Selama setengah siklus negatif saat arus beban menjadi nol, maka thyristor akan mati. Jika tegangan ada untuk periode waktu matikan pengenal perangkat, maka polaritas negatif dari tegangan pada thyristor yang keluar akan mematikannya.

Tipe Kelas F.

Di sini, durasi setengah siklus harus lebih besar dari waktu mati thyristor. Proses pergantian ini mirip dengan konsep konverter tiga fase. Mari kita pertimbangkan, terutama T1 dan T11 berjalan dengan sudut pemicu konverter, yang sama dengan 60 derajat dan beroperasi dalam mode konduksi kontinu dengan beban yang sangat induktif.

Jika thyristor T2 dan T22 dipicu, maka secara instan arus yang melalui perangkat yang masuk tidak akan naik ke level arus beban. Jika arus melalui thyristor yang masuk mencapai level arus beban, maka proses pergantian thyristor yang keluar akan dimulai. Tegangan bias balik dari thyristor ini harus dilanjutkan sampai keadaan pemblokiran maju tercapai.

Kegagalan Metode Pergantian Thyristor

Kegagalan pergantian thyristor terutama terjadi karena mereka pergantian saluran dan penurunan tegangan dapat menyebabkan tegangan yang tidak memadai untuk pergantian, sehingga menyebabkan kesalahan begitu thyristor berikut dinyalakan. Jadi kegagalan pergantian terjadi karena beberapa alasan, beberapa di antaranya dibahas di bawah ini.
Thyristor memberikan waktu pemulihan mundur yang cukup lambat sehingga arus balik utama dapat memasok dalam konduksi penerusan. Ini dapat menandakan 'arus gangguan,' yang muncul secara siklik oleh disipasi daya terkait yang terlihat pada kegagalan SCR.

Dalam rangkaian listrik, pergantian pada dasarnya adalah saat aliran arus mengalir dari satu cabang rangkaian ke cabang lain. Kegagalan pergantian terutama terjadi setelah perubahan jalur gagal karena alasan apa pun.
Untuk inverter atau rangkaian penyearah, yang menggunakan SCR, kegagalan pergantian dapat terjadi karena dua alasan dasar.

Jika thyristor gagal untuk hidup, maka aliran arus tidak akan beralih & metode pergantian akan gagal. Demikian pula, jika thyristor gagal untuk dimatikan, maka aliran arus mungkin sebagian beralih ke cabang berikutnya. Jadi ini juga dianggap gagal.

Perbedaan antara Teknik Pergantian Alami dan Pergantian Paksa

Perbedaan antara pergantian alami dan pergantian paksa dibahas di bawah ini.

Thyristor bisa disebut penyearah terkontrol. Ada berbagai jenis thyristor, yang digunakan untuk mendesain berbasis elektronika daya proyek kelistrikan yang inovatif . Proses menyalakan thyristor dengan memberikan pulsa pemicu ke terminal gerbang disebut pemicuan. Demikian pula, proses mematikan thyristor disebut pergantian. Semoga artikel ini memberikan informasi singkat tentang berbagai teknik pergantian thyristor. Bantuan teknis lebih lanjut akan diberikan berdasarkan komentar dan pertanyaan Anda di bagian komentar di bawah.