Развитие технологий
Особенностью 4-квадрантных симметричных тиристоров считается их ложное включение, что может послужить причиной к выходу из строя. Это требует использования дополнительной предохранительной цепочки, содержащей разнообразные компоненты.
Относительно недавно были изобретены 3-х-квадрантные приборы, какие обладают нужными достоинствами:
- За счёт снижения числа требуемых компонентов, плата сделалась ещё более малогабаритной.
- Как следствие, понижение потерь усилия и снижение стоимости готового продукта.
- При отсутствии демпфера и дросселя стало возможно применять симметричные тиристоры в цепях с высокой частотой.
А также упрощение схемы разрешило применять 3-х-квадрантный симистор в нагревательных устройствах: подобная система меньше нагревается и не реагирует на находящуюся вокруг температуру.
Полупроводниковая структура симистора
Структура симистора состоит из пластины, состоящей из чередующихся слоев с электропроводностями p- и n- типа и из контактов электродов основного и управляющего действия.
. Всего в структуре полупроводника содержится пять слоев p- и n-типа. Область между слоями называется p-n-переходом, который обладает нелинейной ВАХ с небольшим сопротивлением в обратном направлении, где минус – это n-слой, а плюс – p-слой и высокое значение сопротивления в обратном направлении. Пробой p-n-перехода происходит при напряжении равном несколько тысяч вольт.
Во время включения симистора в прямом направлении в работу вступает правая половина структуры. Левая область структуры выключена, она считается для тока, с обладанием очень высоким сопротивлением. Характеристики симистора динамического и статического плана при его действии в прямом направлении, при поступлении положительного управляющего сигнала соответствуют аналогичным характеристикам тиристора, работающего в прямом направлении.
Рис. №4. Структура симистора, включенного в обратном направлении. По этой схеме к СЭУ прилагается напряжение со знаком плюс, относительно СЭ, а p—n-переходы j2 и j4 подключаются в прямом, а p—n-переходы j1 и j3 – в обратную сторону. Благодаря этому структура может рассматриваться, как структура тиристора, подключенная в обратном направлении, не принимающая участие в работе по пропусканию тока. В этом случае действие прибора определяется при помощи левой части структуры и представляет собой обратно ориентированную p—n—p—n структуру с добавочным пятым слоем n, который граничит со слоем p1.
Состояние проводимости, dIT/dt
Когда триак (тиристор) находится в состоянии проводимости под действием сигнала затвора, проводимость начинается в участке кристалла, смежном с затвором, и затем быстро распространяется на активную область. Эта задержка накладывает ограничение на значение допустимой скорости нарастания тока нагрузки. Высокое значение dIT/dt может быть причиной выгорания прибора, в результате чего произойдет короткое замыкание между T1 и T2.
При работе в квадранте 3+ еще больше снижается разрешенное значение dIT/dt из-за структуры перехода. Это может привести к мгновенному лавинному процессу в затворе и перегоранию во время быстрого нарастания тока. Разрушение триака может произойти не сразу, а при постепенном выгорании перехода Затвор-T1, что приведет к короткому замыканию после нескольких включений. Чувствительные триаки наиболее подвержены этому. Эти проблемы не относятся к Hi-Com триакам, так как они не работают в квадранте 3+.
Значение dIT/dt связано со скоростью нарастания тока затвора (dIG/dt) и максимальным значением IG. Высокие значения dIG/dt и пикового IG (без превышения номинальной мощности затвора) дают более высокое значение dIT/dt.
Самый простой пример нагрузки, создающей высокий начальный бросок тока, — лампа накаливания, которая имеет низкое сопротивление в холодном состоянии. Для резистивных нагрузок этого типа значение dIT/dt достигнет максимального значения при начале перехода в состояние проводимости в пике напряжения сети. Если есть вероятность превышения номинального значения dIT/dt триака, необходимо ограничить это включением катушки индуктивности или терморезистором с обратным температурным коэффициентом последовательно с нагрузкой.
Дроссель не должен насыщаться в течение максимума пика тока. Для ограничения значения dIT/dt необходимо использовать катушку индуктивности без сердечника.
Есть более правильное решение, с помощью которого можно избежать необходимости включения последовательно с нагрузкой токоограничивающих приборов. Оно состоит в том, чтобы использовать режим включения при нулевой разности потенциалов. Это дало бы плавный рост тока с начала полуволны.
Примечание: Важно помнить, что режим включения при нулевой разности потенциалов применим только к резистивным нагрузкам. Использование того же метода для реактивных нагрузок, где есть сдвиг фазы между напряжением и током, может вызвать однополярную проводимость, ведущую к возможному режиму насыщения индуктивных нагрузок, разрушительно высокому току и перегреву
В этом случае требуется более совершенный способ переключения при нулевом токе или схема управления фазой включения.
Конструкция и принцип работы
Структура симметричного тиристора складывается из пластинки, состоящей из поочередных слоёв с электропроводами p- и n- вида и из контактов электродов главного и управляющего действия.
Всего в структуре полупроводника находится 5 слоёв p- и n-вида. Область между пластами именуется p-n-переходом, который владеет нелинейной ВАХ с незначительным противодействием в противоположном направлении, где минус — это n-прослойка, а плюс — p-прослойка и высочайшее значение сопротивления в обратном направлении. Пробой p-n-перехода происходит при напряжениях в несколько тысяч вольт.
Во время введения механизма в прямолинейном направлении в работу входит правая половина структуры. Левосторонняя область структуры выключена, она считается для тока с обладанием весьма высоким противодействием.
Характеристики симметричного тиристора динамического и постоянного плана при его воздействии в прямом направлении, при поступлении позитивного управляющего сигнала отвечают аналогичным данным тиристора, работающего в непосредственном направлении.
Как работает симистор? Принцип работы устройства основан на прохождении электросигнала в двух направленностях. Это даёт возможность применять симисторы в качестве электрического реле в различных схемах, где необходимо корректировать нагрузку или проход тока по цепи. Одним из бесспорных превосходств симметричного тиристора считается и тот факт, что для предоставления проходного канала не требуется присутствие постоянного уровня напряжения в управляющем ключе. Нужно только наличие его не выше определённого уровня, в зависимости от использования.
Как проверить
Учитывая частый выход радиоэлемента из строя, для своевременного нахождения причины неисправности, желательно иметь удобный комбинированный измерительный прибор либо упрощенной модификации, либо цифрового исполнения.
Чтобы получить достоверный результат при проверке, рекомендуется собрать специальное приспособление по предложенной схеме.
Описание схемы
Структура тиристора включает в себя, четыре чередующихся слоя p и n типа проводимости p1n1p2n2. Между слоями образуются электронно-дырочные переходы. Слои p1 и n2 и переходы p1n1 и p2n2 получили название эмиттерных, внутренние слои n1 и p2 и переход между ними являются базовыми, а переход между ними – коллекторный.
Подключение к схеме тиристора возможно благодаря трем выводам:
- «Анод» – отвод от слоя p1. На него подается сигнал положительной полярности;
- «Катод» – отвод от слоя n2. К нему подключается провод с отрицательной полярностью;
- «Управляющий электрод» – отвод от слоя n1. На него подается управляющий сигнал, благодаря которому данный радиоэлемент приводится в рабочее состояние. (Исключение составляют динисторы – у них только два вывода и нет управляющего вывода).
Для проверочных работ над устройствами малой и средней мощности необходимо произвести подачу напряжения на выводы «анод» и «катод», а на управляющий электрод пустить кратковременный сигнал для открытия проводимости между «анодом» и «катодом».
В мультиметре при установке положения измерения сопротивления между щупами возникает напряжение. Можно воспользоваться им при тестировании прибора.
Пошаговое руководство
- На катодный отвод тиристора подсоединить черный щуп с отрицательным значением.
- На анодный конец тиристора прикрепить красный щуп с положительным значением.
- К управляющему электроду подключить выключатель, а другой конец выключателя подсоединить к мультиметру в гнездо с красным щупом.
- Установить мультиметр в положение измерения сопротивления в пределах не более 2000 Ом.
- Включить выключатель кратковременно и через несколько секунд отключить его.
- Проверить удерживается ли прохождение тока. Если да, то тиристор исправен. Для отключения его достаточно прекратить подачу напряжения на «катод» или «анод».
- Если данная процедура не дала результата, т.е. проводимость не удерживается, то необходимо выключатель переставить на черный щуп вместо красного и снова повторить пункты 4-6.
- Если и в этом случае нет удержания прохождения тока, то тиристор не годится к применению.
Плюсы и минусы в использовании
Симисторы обладают следующими достоинствами:
- относительно небольшая стоимость прибора;
- увеличенный срок службы;
- отсутствие механических контактов.
При использовании симисторов в релейных схемах благодаря отсутствию механических контактов не бывает искрения, являющегося источником радиопомех.
Недостатки прибора:
- для защиты от перегрева прибора необходимо использовать радиатор;
- чувствительность к переходным процессам;
- не работает на больших частотах;
- чувствителен к помехам и шумам.
Особенностью симистора является то, что падение напряжения на приборе в открытом состоянии не зависит от протекающего тока и составляет около 2 В. При больших токах переключения (около 40 А) мощность рассеивания на приборе будет равна около 80 Вт.
Поэтому без теплоотвода симисторы могут быть использованы только при малых нагрузках. В противном случае необходимо использовать радиатор. При этом наилучшим способом крепления симистора к радиатору является крепление с помощью винта.
Принцип работы блока бесперебойного питания для компьютера заключается в преобразовании постоянного тока из сети в переменный. При обесточивании прибор использует накопленную электроэнергию из собственных аккумуляторов.
Важную роль в стабильной работе ПК играет блок питания. Как правильно определить его неисправности и способы их устранения — описаны в отдельной статье. О способах решения поломок импульсного блока питания читайте здесь.
При высокой скорости изменения переключаемого симистором напряжения может возникать эффект самопроизвольного включения прибора без наличия управляющего напряжения. Это может привести к разрушению устройства. Причиной резкого повышения скорости изменения напряжения может быть появление помехи или выбросы напряжения при работе с нагрузкой, имеющей индуктивный характер. Для предотвращения разрушения симистора в таких случаях рекомендуется включение шунтирующей RC цепочки.
В некоторых цепях возможно появление электрических помех и шумов. Если напряжение этих шумов на затворе достигнет значения включения, то симистор может сработать в неподходящий момент. Для предотвращения этого рекомендуется уменьшить длину проводов, ведущих к затвору или заменить их экранированным кабелем. Кроме того, для уменьшения влияния шумов между затвором и электродом МТ1 можно включить резистор величиной в 1 кОм.
Эксперименты и исследования
Симисторы, также известные как триаки, стали неотъемлемой частью современных электронных схем и устройств
Экспериментальные исследования продемонстрировали их эффективность в различных приложениях, подчеркивая их важное значение
- Эксперимент в системе освещения: В ходе экспериментов в системах освещения, где симисторы применяются в диммерах, была достигнута высокая эффективность регулирования яркости света. Это привело к существенному снижению энергопотребления по сравнению с традиционными методами управления освещением.
- Исследование в промышленности: В промышленных системах управления электродвигателями проведены исследования, подтверждающие высокую надежность и долговечность симисторов при работе в условиях повышенных нагрузок. Это подчеркивает их применимость в сфере промышленности.
- Эксперимент в железнодорожной отрасли: Симисторы успешно интегрированы в эксплуатационные элементы на железнодорожных путях, такие как релейные шкафы и схемы электрической централизации стрелок. Они эффективно регулируют железнодорожные переезды, обеспечивают работу световых головок светофоров и демонстрируют высокую надежность в радиотехнике.
Анализ результатов и их потенциальное влияние на будущее электроники:
- Энергоэффективность и Управляемость: Полученные результаты свидетельствуют о том, что симисторы обладают высокой энергоэффективностью и управляемостью. Это важные характеристики для будущих электронических систем, которые стремятся к энергосбережению и точному управлению нагрузкой.
Перспективы развития технологии:
- Интеграция в умные технологии: Ожидается, что симисторы будут интегрированы в системы умного дома и умных городов, где их управляемость и энергоэффективность сделают их важным компонентом в создании интеллектуальной инфраструктуры.
- Развитие новых материалов: Исследования в области новых полупроводниковых материалов могут привести к созданию более компактных и эффективных симисторов, расширяя их область применения и обеспечивая лучшую интеграцию в современные устройства.
- Продвижение в транспортных технологиях: Симисторы могут играть важную роль в электромобилях, обеспечивая точное управление электрической мощностью. Их применение в транспортных технологиях может стать ключевым элементом для улучшения эффективности и управляемости электромобильных систем.
Исследования и эксперименты с симисторами показывают, насколько они могут быть полезны. Кроме того, они продолжают вдохновлять на инновации в области электронной техники. Симисторные элементы не только улучшают эффективность существующих систем, но и играют важную роль в разработке будущих технологий.
Область применения
Характеристики, небольшая стоимость и простота устройства позволяет успешно применять симисторы в промышленности и быту. Их можно найти:
- В стиральной машине.
- В печи.
- В духовках.
- В электродвигателе.
- В перфораторах и дрелях.
- В посудомоечной машине.
- В регуляторах освещения.
- В пылесосе.
На этом перечень, где используется этот полупроводниковый прибор, не ограничивается. Применение рассматриваемого проводникового прибора осуществляется практически во всех электроприборах, что только есть в доме. На него возложена функция управления вращением приводного двигателя в стиральных машинках, они используются на плате управления для запуска работы всевозможных устройств – легче сказать, где их нет.
Основные характеристики
Рассматриваемый полупроводниковый прибор предназначен для управления схемами. Независимо от того, где в схеме он применяется, важны следующие характеристики симисторов:
- Максимальное напряжение. Показатель, который будучи достигнут на силовых электродах не вызовет, в теории, выхода из строя. Фактически является максимально допустимым значением при условии соблюдения диапазона температур. Будьте осторожны – даже кратковременное превышение может обернуться уничтожением данного элемента цепи.
- Максимальный кратковременный импульсный ток в открытом состоянии. Пиковое значение и допустимый для него период, указываемый в миллисекундах.
- Рабочий диапазон температур.
- Отпирающее напряжение управления (соответствует минимальному постоянному отпирающему току).
- Время включения.
- Минимальный постоянный ток управления, нужный для включения прибора.
- Максимальное повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии. Этот параметр всегда указывают в сопроводительной документации. Обозначает критическую величину напряжения, предельную для данного прибора.
- Максимальное падение уровня напряжения на симисторе в открытом состоянии. Указывает предельное напряжение, которое может устанавливаться между силовыми электродами в открытом состоянии.
- Критическая скорость нарастания тока в открытом состоянии и напряжения в закрытом. Указываются соответственно в амперах и вольтах за секунду. Превышение рекомендованных значений может привести к пробою или ошибочному открытию не к месту. Следует обеспечивать рабочие условия для соблюдения рекомендованных норм и исключить помехи, у которых динамика превышает заданный параметр.
- Корпус симистора. Важен для проведения тепловых расчетов и влияет на рассеиваемую мощность.
Вот мы и рассмотрели, что такое симистор, за что он отвечает, где применяется и какими характеристиками обладает. Рассмотренные простым языком теоретические азы позволят заложить основу для будущей результативной деятельности. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!
Принцип работы симистора
Симистор — это устройство на основе полупроводниковых элементов, применяемое для переключения в цепях переменного тока. Он формируется объединением двух тиристоров, которые соединены параллельно и обладают тремя выводами: затвор (G) и два силовых электрода (T1 и T2). Симистор способен проводить ток в обе стороны, зависящий от полярности напряжения на электродах и управляющего импульса на затворе.
Работа симистора базируется на явлении автономного включения тиристоров, возникающего при достижении определенного уровня напряжения на его электродах. При достижении порогового напряжения один из тиристоров активируется, начиная проводить ток. Это приводит к падению напряжения на другом тиристоре, который также включается, усиливая ток через симистор. Таким образом, симистор переходит из состояния высокого сопротивления в состояние низкого сопротивления.
Чтобы выключить симистор, необходимо уменьшить ток через него до уровня удержания, который зависит от температуры и других параметров прибора. Симисторы широко используются в области силовой электроники для контроля температуры, освещения, нагрева и других нагрузок. Импульсные источники питания, преобразователи частоты, инверторы и другие электронные устройства также используют их.
Симистор, в отличие от транзистора, обладает способностью пропускать ток в обоих направлениях. Напротив, транзисторы обычно используются для усиления или переключения электрической мощности и электронных сигналов. После отпирания симистор управляет током; он остается включенным до тех пор, пока ток нагрузки не опустится ниже уровня удержания, обеспечивая автоматическое отключение нагрузки.
Вольт-амперная характеристика (ВАХ)
Вольт-амперная характеристика (ВАХ) симистора является важным средством описания взаимосвязи между приложенным к нему напряжением и током, проходящим через симистор. Понимание и анализ поведения симистора в различных режимах работы зависит от этой характеристики.
В отличие от некоторых полупроводниковых приборов, таких как диоды и транзисторы, симисторы редко описываются математическими формулами. Это отличает их от других полупроводниковых приборов, которые часто используются для технических расчетов и анализа. Вместо этого производители обычно указывают основные параметры симистора, такие как максимальное напряжение, максимальный ток и ток удержания, в технической документации.
ВАХ симистора обнаруживает несколько особенностей, которые определяют его функциональность:
- В отсутствие управляющего сигнала симистор ведет себя как закрытый ключ, не пропуская ток.
- Подача управляющего сигнала приводит к открытию симистора и началу проведения тока.
- После отпирания симистор остается во включенном состоянии до тех пор, пока ток нагрузки не упадет ниже уровня удержания, даже при отсутствии подачи тока на управляющий электрод.
Общепринятые формулы для описания характеристик
Общепринятые формулы для описания характеристик симисторов:
- Управление током (gate control): I — Ток отпирания (минимальный ток управляющего электрода для открытия симистора).
- Управление напряжением (gate control): V — Напряжение отпирания (минимальное напряжение на управляющем электроде для открытия симистора).
- Удержание тока (latching current): I — Ток удержания (минимальный ток, при котором симистор остается в открытом состоянии после отпирания).
- Напряжение насыщения (saturation voltage): V — Напряжение насыщения (максимальное напряжение между основными электродами симистора в открытом состоянии).
- Модель проводимости: Проводимость симистора в открытом состоянии часто описывается уравнением:
I=βV ^n
где I — ток через симистор, V — напряжение на симисторе, β — параметр проводимости, n — экспоненциальный коэффициент.
Эти формулы являются общими и могут варьироваться в зависимости от конкретного типа симистора и его производителя.
Виды
Говоря о видах устройств, необходимо принять тот факт, что это симистор считается одним из типов тиристоров. Если существуют различия по работе, в таком случае и тиристор можно представить своего рода разновидностью симистора. Отличия заключаются в управляющем катоде и в разных принципах работы данных тиристоров.
Импортные устройства обширно представлены на российском рынке. Их главное отличие от российских симисторов заключается в том, что они не требуют заблаговременной настройки в самой схеме. Это даёт возможность экономить детали и место в печатной плате. Как правило, они начинают работать одновременно уже после введения в схему. Необходимо только точно выбрать нужный симистор по всем необходимым данным.
Об этой статье
Соавтор(ы):
Штатный редактор wikiHow
В создании этой статьи участвовала наша опытная команда редакторов и исследователей, которые проверили ее на точность и полноту. wikiHow тщательно следит за работой редакторов, чтобы гарантировать соответствие каждой статьи нашим высоким стандартам качества. Количество просмотров этой статьи: 45 736.
Категории: Дом
English:Check a Start Capacitor
Português:Checar um Capacitor de Partida
Español:revisar el condensador de capacidad de arranque
Italiano:Controllare un Condensatore di Avviamento
Deutsch:Einen Startkondensator überprüfen
العربية:فحص مكثف كهربائي
Печать
Возможно, виноват нагреватель?
Причиной самопроизвольного отключения техники часто является ТЭН. Предположить неисправность нагревательного элемента можно, когда после запуска стиралка начинает моргать индикацией, а по истечению 3-4 секунд внезапно гаснет и выключается. Следует произвести диагностику нагревателя, используя мультиметр.
Первым делом необходимо обесточить оборудование и отыскать место расположения ТЭНа в корпусе. В зависимости от марки стиральной машины, нагреватель может быть установлен в совершенно разных частях прибора:
- Индезит, Аристон, ЭлДжи, Самсунг – сзади;
- Бош, Сименс – спереди.
Если вы не предполагаете, где искать нагревательный элемент, внимательно изучите схему его подключения, имеющуюся в комплекте документов к оборудованию. Если бумаги, от которой можно оттолкнуться в поиске, нет, придется отыскать его расположение самостоятельно. Для начала осмотрите заднюю стенку корпуса, если она достаточно крупная, вероятно, ТЭН следует искать за ней. Найти нагреватель также можно, положив стиралку набок, и заглянув внутрь снизу. В таком случае желательно иметь под рукой фонарик, чтобы просветить корпус изнутри и быстро наткнуться на место крепления нагревательного элемента.
Если первичная проверка не дала результата, следует испытать водонагреватель на пробой. Мультиметр переводится в режим зуммера, после чего один щуп тестера прислоняется к контакту ТЭНа, второй – прикладывается к корпусу нагревателя. Если прибор не издает посторонних звуков, следовательно, элемент полностью исправен. Специфический писк тестера сигнализирует о пробое на корпус, тогда деталь придется заменить.
Если неисправность стиральной машины не связана с помехоподавляющим фильтром и ТЭНом, значит, произошел сбой в управлении техникой. Тестировать главный управляющий модуль стиралки своими руками не стоит, так можно ещё больше навредить оборудованию. В таком случае ремонт техники лучше доверить квалифицированному мастеру.
Поделитесь своим мнением — оставьте комментарий
