Thyristors: آپریشن کے اصول، ڈیزائن، اقسام اور شمولیت کے طریقے

thyristor کے آپریشن کے اصول

ایک تھائرسٹر ایک پاور الیکٹرانک ہے، مکمل طور پر قابل کنٹرول سوئچ نہیں ہے۔ اس لیے، بعض اوقات تکنیکی ادب میں اسے سنگل آپریشن تھائیرسٹر کہا جاتا ہے، جسے صرف کنٹرول سگنل کے ذریعے کنڈکٹنگ حالت میں تبدیل کیا جا سکتا ہے، یعنی اسے آن کیا جا سکتا ہے۔ اسے بند کرنے کے لیے (براہ راست کرنٹ آپریشن میں)، اس بات کو یقینی بنانے کے لیے خصوصی اقدامات کیے جائیں کہ براہ راست کرنٹ صفر تک گر جائے۔

ایک تھائرسٹر سوئچ صرف ایک سمت میں کرنٹ چلا سکتا ہے، اور بند حالت میں یہ آگے اور ریورس وولٹیج دونوں کو برداشت کرنے کے قابل ہے۔

thyristor میں تین لیڈز کے ساتھ چار پرتوں والی p-n-p-n ڈھانچہ ہے: انوڈ (A)، کیتھوڈ (C) اور گیٹ (G)، جو تصویر 1 میں دکھایا گیا ہے۔ 1

چاول۔ 1. روایتی thyristor: a) — روایتی گرافک عہدہ؛ b) — وولٹ ایمپیئر کی خصوصیت۔

انجیر میں۔ 1b کنٹرول کرنٹ iG کی مختلف اقدار پر آؤٹ پٹ سٹیٹک I - V خصوصیات کا ایک خاندان دکھاتا ہے۔ محدود فارورڈ وولٹیج جسے تھائرسٹر آن کیے بغیر برداشت کر سکتا ہے اس کی زیادہ سے زیادہ قدریں iG = 0 ہوتی ہیں۔جیسے جیسے کرنٹ بڑھتا ہے، آئی جی وولٹیج کو کم کرتا ہے جسے تھائرسٹر برداشت کر سکتا ہے۔ thyristor کی آن حالت برانچ II سے مساوی ہے، آف اسٹیٹ برانچ I کے مساوی ہے، اور سوئچنگ کا عمل برانچ III سے مساوی ہے۔ ہولڈنگ کرنٹ یا ہولڈنگ کرنٹ کم از کم قابل اجازت فارورڈ کرنٹ iA کے برابر ہے جس پر تھائریسٹر چل رہا ہے۔ یہ قدر تھیریسٹر کے پار فارورڈ وولٹیج ڈراپ کی کم از کم ممکنہ قدر سے بھی مساوی ہے۔

برانچ IV ریورس وولٹیج پر لیکیج کرنٹ کے انحصار کی نمائندگی کرتی ہے۔ جب ریورس وولٹیج UBO کی قدر سے زیادہ ہو جاتا ہے تو، الٹ کرنٹ میں تیز اضافہ شروع ہوتا ہے، جو thyristor کی ناکامی سے منسلک ہوتا ہے۔ خرابی کی نوعیت ایک ناقابل واپسی عمل یا سیمی کنڈکٹر زینر ڈایڈڈ کے آپریشن میں موروثی برفانی تودے کے ٹوٹنے کے عمل سے مطابقت رکھتی ہے۔

Thyristors سب سے زیادہ طاقتور الیکٹرانک سوئچز ہیں، جو 5 kV تک وولٹیج کے ساتھ سرکٹس اور 1 kHz سے زیادہ کی فریکوئنسی پر 5 kA تک کرنٹ بدلنے کی صلاحیت رکھتے ہیں۔

thyristors کا ڈیزائن انجیر میں دکھایا گیا ہے۔ 2.

چاول۔ 2. thyristor بکس کا ڈیزائن: a) — گولی؛ b) - ایک پن

ڈی سی تھائرسٹر

کیتھوڈ کی نسبت مثبت قطبیت کے ساتھ کنٹرول سرکٹ پر کرنٹ پلس لگا کر ایک روایتی تھائرسٹر آن کیا جاتا ہے۔ ٹرن آن کے دوران عارضی کا دورانیہ نمایاں طور پر بوجھ کی نوعیت سے متاثر ہوتا ہے (ایکٹو، انڈکٹو، وغیرہ)، کنٹرول کرنٹ پلس آئی جی کے طول و عرض اور اضافے کی شرح، تھائرسٹر کے سیمی کنڈکٹر ڈھانچے کا درجہ حرارت، لاگو وولٹیج اور لوڈ کرنٹ۔تھریسٹر پر مشتمل سرکٹ میں، فارورڈ وولٹیج duAC/dt کے بڑھنے کی شرح کی کوئی ناقابل قبول قدر نہیں ہونی چاہیے، جہاں کنٹرول سگنل iG کی غیر موجودگی میں تھائرسٹر کی خود بخود ایکٹیویشن ہو سکتی ہے۔ موجودہ diA / dt سے اضافہ ایک ہی وقت میں، کنٹرول سگنل کی ڈھلوان زیادہ ہونی چاہیے۔

thyristors کو بند کرنے کے طریقوں میں، قدرتی ٹرن آف (یا قدرتی سوئچنگ) اور زبردستی (یا مصنوعی سوئچنگ) کے درمیان فرق کرنا معمول ہے۔ قدرتی تبدیلی اس وقت ہوتی ہے جب کرنٹ صفر پر گرنے کے وقت تھریسٹرز متبادل سرکٹس میں کام کرتے ہیں۔

جبری سوئچنگ کے طریقے بہت متنوع ہیں۔ ان میں سے سب سے زیادہ عام درج ذیل ہیں: پہلے سے چارج شدہ کپیسیٹر C کو ایک سوئچ S کے ساتھ جوڑنا (شکل 3، a)؛ ایل سی سرکٹ کو پری چارجڈ کپیسیٹر CK کے ساتھ جوڑنا (شکل 3 b)؛ لوڈ سرکٹ میں عارضی عمل کی دوغلی نوعیت کا استعمال (شکل 3، c)۔

چاول۔ 3. تھائرسٹرس کے مصنوعی سوئچنگ کے طریقے: a) — چارجڈ کیپسیٹر C کے ذریعے؛ b) — LC سرکٹ کے دوغلی خارج ہونے والے مادہ کے ذریعے؛ c) — بوجھ کی اتار چڑھاؤ کی وجہ سے

انجیر میں خاکہ کے مطابق سوئچ کرتے وقت۔ 3 اور ریورس پولرٹی کے سوئچنگ کیپیسیٹر کو جوڑنے سے، مثال کے طور پر کسی دوسرے معاون تھائیرسٹر سے، یہ کنڈکٹنگ مین تھائیرسٹر سے خارج ہونے کا سبب بنے گا۔ چونکہ کپیسیٹر کا خارج ہونے والا کرنٹ تھائریسٹر کے فارورڈ کرنٹ کے خلاف ہوتا ہے، اس لیے مؤخر الذکر صفر پر آ جاتا ہے اور تھائرسٹر بند ہو جاتا ہے۔

انجیر کے خاکے میں۔ 3، b، LC سرکٹ کا کنکشن سوئچنگ کیپسیٹر CK کے دوغلی خارج ہونے کا سبب بنتا ہے۔اس صورت میں، شروع میں، خارج ہونے والا کرنٹ thyristor سے اس کے فارورڈ کرنٹ کے مخالف ہوتا ہے، جب وہ برابر ہو جاتے ہیں، thyristor بند ہو جاتا ہے۔ اس کے علاوہ، ایل سی سرکٹ کا کرنٹ thyristor VS سے diode VD تک جاتا ہے۔ جیسا کہ لوپ کرنٹ ڈائیوڈ VD کے ذریعے بہتا ہے، کھلے ڈایڈڈ میں وولٹیج ڈراپ کے برابر ایک ریورس وولٹیج تھائیرسٹر VS پر لاگو کیا جائے گا۔

انجیر کے خاکے میں۔ 3، ایک thyristor VS کو ایک پیچیدہ RLC بوجھ سے جوڑنا عارضی کا سبب بنے گا۔ لوڈ کے مخصوص پیرامیٹرز کے ساتھ، اس عمل میں لوڈ کرنٹ کی قطبیت میں تبدیلی کے ساتھ ایک دوغلی کردار ہو سکتا ہے۔ اس صورت میں، تھائیرسٹر VS کو آف کرنے کے بعد، ڈایڈڈ VD آن ہو جاتا ہے، جو کرنٹ کو چلانے لگتا ہے۔ مخالف قطبیت بعض اوقات سوئچنگ کے اس طریقے کو نیم قدرتی کہا جاتا ہے کیونکہ اس میں لوڈ کرنٹ کی قطبیت میں تبدیلی شامل ہوتی ہے۔

AC تھائیرسٹر

جب thyristor AC سرکٹ سے منسلک ہوتا ہے، تو درج ذیل آپریشنز ممکن ہیں:

• فعال اور فعال رد عمل والے بوجھ کے ساتھ الیکٹرک سرکٹ کو آن اور آف کرنا؛

• بوجھ کے ذریعے اوسط اور موثر موجودہ اقدار میں تبدیلی اس حقیقت کی وجہ سے کہ کنٹرول سگنل کے وقت کو ایڈجسٹ کرنا ممکن ہے۔

چونکہ thyristor سوئچ صرف ایک سمت میں برقی کرنٹ چلانے کی صلاحیت رکھتا ہے، اس لیے متبادل کرنٹ thyristors کے استعمال کے لیے، ان کا متوازی کنکشن استعمال کیا جاتا ہے (تصویر 4، a)۔

چاول۔ 4. thyristors کا مخالف متوازی کنکشن (a) اور ایک فعال بوجھ کے ساتھ کرنٹ کی شکل (b)

اوسط اور موثر کرنٹ thyristors VS1 اور VS2 پر افتتاحی سگنل لاگو ہونے کے وقت میں تبدیلی کی وجہ سے مختلف ہوتے ہیں، یعنی زاویہ کو تبدیل کرکے اور (تصویر 4، بی)۔ضابطے کے دوران thyristors VS1 اور VS2 کے لیے اس زاویہ کی قدریں بیک وقت کنٹرول سسٹم کے ذریعے تبدیل کی جاتی ہیں۔ زاویہ کو تھائرسٹر کا کنٹرول اینگل یا فائرنگ اینگل کہا جاتا ہے۔

پاور الیکٹرانک آلات میں سب سے زیادہ استعمال ہونے والے فیز (تصویر 4، اے، بی) اور پلس کی چوڑائی کے ساتھ تھائرسٹر کنٹرول (تصویر 4، سی) ہیں۔

چاول۔ 5. لوڈ وولٹیج کی قسم: a) - تھائرسٹر کا فیز کنٹرول؛ b) - جبری تبدیلی کے ساتھ تھریسٹر کا فیز کنٹرول؛ c) - نبض کی چوڑائی thyristor کنٹرول

جبری تبدیلی کے ساتھ تھائرسٹر کنٹرول کے مرحلے کے طریقہ کار کے ساتھ، زاویہ اور زاویہ دونوں کو تبدیل کر کے لوڈ کرنٹ کا ریگولیشن ممکن ہے... مصنوعی سوئچنگ خصوصی نوڈس کا استعمال کرتے ہوئے یا مکمل طور پر کنٹرول شدہ (لاکنگ) تھائرسٹرس کا استعمال کرتے ہوئے کیا جاتا ہے۔

توتکر کے دوران نبض کی چوڑائی کنٹرول (پلس چوڑائی ماڈیولیشن — PWM) کے ساتھ، ایک کنٹرول سگنل thyristors پر لاگو ہوتا ہے، وہ کھلے ہوتے ہیں اور لوڈ پر وولٹیج Un کا اطلاق ہوتا ہے۔ Tacr وقت کے دوران، کنٹرول سگنل غائب ہے اور thyristors ایک غیر منظم حالت میں ہیں. لوڈ میں موجودہ کی RMS قدر

جہاں میں Tcl = 0 پر کرنٹ لوڈ کریں۔

thyristors کے فیز کنٹرول کے ساتھ بوجھ میں موجودہ وکر غیر سائنوسائیڈل ہے، جس کی وجہ سے سپلائی نیٹ ورک کے وولٹیج کی شکل میں بگاڑ پیدا ہوتا ہے اور زیادہ فریکوئینسی ڈسٹربنس کے لیے حساس صارفین کے کام میں خلل پڑتا ہے - جسے نام نہاد ہوتا ہے۔ برقی مقناطیسی عدم مطابقت۔

thyristors کو لاک کرنا

Thyristors سب سے طاقتور الیکٹرانک سوئچ ہیں جو ہائی وولٹیج، ہائی کرنٹ (ہائی کرنٹ) سرکٹس کو سوئچ کرنے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔تاہم، ان میں ایک اہم خرابی ہے - نامکمل کنٹرولیبلٹی، جو اس حقیقت سے ظاہر ہوتی ہے کہ انہیں آف کرنے کے لیے، فارورڈ کرنٹ کو صفر تک کم کرنے کے لیے حالات پیدا کرنا ضروری ہے۔ یہ بہت سے معاملات میں thyristors کے استعمال کو محدود اور پیچیدہ بناتا ہے۔

اس خرابی کو دور کرنے کے لیے، thyristors تیار کیے گئے ہیں جو کنٹرول الیکٹروڈ G سے سگنل کے ذریعے بند کر دیے جاتے ہیں۔ ایسے thyristors کو gate-off thyristors (GTO) یا دوہری آپریشن کہا جاتا ہے۔

لاکنگ thyristors (ZT) میں چار پرتوں کا p-p-p-p ڈھانچہ ہوتا ہے، لیکن اس کے ساتھ ساتھ ان میں ڈیزائن کی بہت سی نمایاں خصوصیات ہوتی ہیں جو انہیں روایتی thyristors سے بالکل مختلف دیتی ہیں - مکمل کنٹرولیبلٹی کی خاصیت۔ آگے کی سمت میں ٹرن آف تھائرسٹرس کی جامد I-V خصوصیت روایتی thyristors کی I-V خصوصیت سے ملتی جلتی ہے۔ تاہم، لاک ان تھائیرسٹر عام طور پر بڑے ریورس وولٹیجز کو بلاک کرنے سے قاصر ہوتا ہے اور اکثر اینٹی پاریلل ڈائیوڈ سے جڑا ہوتا ہے۔ اس کے علاوہ، لاک اِن تھائرسٹرس کو نمایاں فارورڈ وولٹیج کے قطروں سے نمایاں کیا جاتا ہے۔ لاکنگ تھائیرسٹر کو بند کرنے کے لیے، بند ہونے والے الیکٹروڈ کے سرکٹ پر منفی کرنٹ کی ایک طاقتور نبض (مستقل آف کرنٹ کی قدر کے سلسلے میں تقریباً 1:5) لگانا ضروری ہے، لیکن مختصر دورانیے کے ساتھ (10- 100 μs)۔

لاک ان تھائرسٹرس میں بھی روایتی تھائرسٹرس کے مقابلے میں کم کٹ آف وولٹیج اور کرنٹ (تقریباً 20-30%) ہوتے ہیں۔

thyristors کی اہم اقسام

لاک ان تھائرسٹرس کے استثناء کے ساتھ، مختلف قسم کے تھائرسٹرس کی ایک وسیع رینج تیار کی گئی ہے، جو رفتار، کنٹرول کے عمل، کنڈکٹنگ حالت میں کرنٹ کی سمت وغیرہ میں مختلف ہیں۔ان میں سے، مندرجہ ذیل اقسام کو نوٹ کیا جانا چاہئے:

• thyristor diode، جو کہ متوازی متوازی مربوط diode کے ساتھ ایک thyristor کے برابر ہے (تصویر 6.12، a)؛

• ڈایڈڈ تھائرسٹر (ڈائنسٹر)، جب ایک مخصوص وولٹیج کی سطح سے تجاوز کر جاتی ہے تو کنڈکٹیو حالت میں جانا، A اور C کے درمیان لاگو ہوتا ہے (تصویر 6، b)؛

• تائیرسٹر کو لاک کرنا (تصویر 6.12، سی)؛

• سڈول تھریسٹر یا ٹرائیک، جو دو متوازی متوازی جڑے ہوئے تھائرسٹرس کے برابر ہے (تصویر 6.12، ڈی)؛

• تیز رفتار انورٹر تھائرسٹر (آف ٹائم 5-50 μs)؛

• فیلڈ thyristor، مثال کے طور پر، thyristor کے ساتھ MOS ٹرانجسٹر کے امتزاج پر مبنی؛

• روشنی کے بہاؤ کے ذریعہ آپٹیکل تھریسٹر کنٹرول کیا جاتا ہے۔

چاول۔ 6. thyristors کے روایتی گرافک عہدہ: a) — thyristor diode; b) - ڈایڈڈ تھائرسٹر (ڈائنسٹر)؛ c) - تھائرسٹر کو لاک کرنا؛ d) - triac

Thyristor تحفظ

Thyristors فارورڈ کرنٹ diA/dt اور وولٹیج ڈراپ duAC/dt کے اضافے کی شرح کے لیے اہم آلات ہیں۔ Thyristors، diodes کی طرح، ریورس ریکوری کرنٹ کے رجحان کی خصوصیت رکھتے ہیں، جن کا صفر پر تیز گرنا ایک اعلی duAC/dt قدر کے ساتھ اوور وولٹیجز کے امکان کو بڑھا دیتا ہے۔ اس طرح کے اوور وولٹیجز سرکٹ کے انڈکٹیو عناصر میں کرنٹ کی اچانک رکاوٹ کا نتیجہ ہیں، بشمول چھوٹے inductances تنصیب لہذا، مختلف CFTCP اسکیمیں عام طور پر thyristors کی حفاظت کے لیے استعمال کی جاتی ہیں، جو متحرک طریقوں میں diA/dt اور duAC/dt کی ناقابل قبول اقدار کے خلاف تحفظ فراہم کرتی ہیں۔

زیادہ تر معاملات میں، شامل تھائرسٹر کے سرکٹ میں شامل وولٹیج کے ذرائع کی اندرونی آمادگی مزاحمت کافی ہوتی ہے تاکہ کوئی اضافی انڈکٹینس LS متعارف نہ ہو۔لہذا، عملی طور پر، اکثر CFTs کی ضرورت ہوتی ہے جو ٹرپنگ سرجز کی سطح اور رفتار کو کم کرتے ہیں (تصویر 7)۔

چاول۔ 7. عام thyristor تحفظ سرکٹ

thyristor کے ساتھ متوازی طور پر جڑے ہوئے RC سرکٹس کو عام طور پر اس مقصد کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ RC سرکٹس کے سرکٹ میں مختلف ترمیمات اور thyristors کے استعمال کی مختلف حالتوں کے لیے ان کے پیرامیٹرز کا حساب لگانے کے طریقے ہیں۔

لاک ان تھائرسٹرس کے لیے، سرکٹس کو سوئچنگ پاتھ بنانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، جیسا کہ سرکٹ میں CFTT ٹرانزسٹرز کی طرح ہوتا ہے۔