Thyristors MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Thyristors - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

SCR की स्विचिंग विशेषताएं

SCR या थाइरिस्टर आरंभन काल:

थाइरिस्टर आरंभन काल, SCR द्वारा, गेट स्पंद लागू किए जाने पर, अपनी अवस्था को अग्र ब्लॉकिंग मोड से अग्र चालन मोड में बदलने के लिए आवश्यक समय के रूप में परिभाषित किया जा सकता है।

SCR का कुल आरंभन काल तीन अलग-अलग समय अंतरालों से मिलकर बना होता है:

विलंब काल:

• यह वह समय है जब गेट धारा अपने अंतिम मान के 90% तक पहुँचती है, तथा वह समय जब एनोड धारा अपने अंतिम मान के 10% तक पहुँचती है।

उत्थान काल:

• उत्थान काल एनोड धारा द्वारा अपने अंतिम मान के 10% से 90% तक बढ़ने में लिया गया समय है।

विस्तार काल:

• यह एनोड धारा द्वारा अपने अंतिम मान के 90% से 100% तक बढ़ने में लिया गया समय है।
• यह वह समय है जो अग्र ब्लॉकिंग वोल्टेज को एनोड वोल्टेज के 10% से डिवाइस के आरंभन काल वोल्टेज पात तक गिरने के लिए आवश्यक होता है।

सिद्धांत

एक प्रेरक के माध्यम से धारा दी जाती है:

जहाँ, t = समय अवधि

I_L = लैचिंग धारा

V_L = वोल्टेज

L = प्रेरक

गणना

दिया गया है, IL = 4 mA

V_L = 200 V

L = 0.2 H

t = 4 μs

सिद्धांत

एक थाइरिस्टर के गेट परिपथ में औसत शक्ति हानि की गणना निम्न सूत्र का उपयोग करके की जाती है:

P_avg = P_peak x ड्यूटी चक्र

गणना

दिया गया है, Ppeak = 5 W

ड्यूटी चक्र = 0.2

Pavg = 5 x 0.2

Pavg = 1 W

SCR का dv/dt संरक्षण

• जब SCR अग्र अभिनत होता है, तो संधि J₁ और J₃ अग्र अभिनत होती हैं और संधि J₂ उत्क्रम अभिनत होती है। यह उत्क्रम अभिनत संधि J2 एक संधारित्र के लक्षण प्रदर्शित करती है।
• यदि SCR पर लगाया गया अग्र वोल्टेज का मान बहुत अधिक है, तो संधि J₂ से होकर प्रवाहित आवेश धारा अधिक होती है। यह धारा बिना किसी गेट सिग्नल के भी SCR को चालू करने के लिए पर्याप्त है।
• इसे SCR का dv/dt ट्रिगरिंग कहा जाता है। इसे SCR पर RC स्नबर नेटवर्क का उपयोग करके कम किया जा सकता है।
• गेट सिग्नल के आवेदन के बिना भी बड़े dv/dt द्वारा SCR का गलत चालू होना, स्नबर परिपथ का उपयोग करके रोका जा सकता है।
• एक थाइरिस्टर का बड़े द्वारा गलत चालू होना स्नबर परिपथ का उपयोग करके उपकरण के समानांतर में लगाकर रोका जा सकता है।

सिलिकॉन-नियंत्रित दिष्टकारी (SCR)

• यह एक 4-परत, 3-जंक्शन अर्धचालक उपकरण है। इसके अतिरिक्त, इसमें तीन टर्मिनल हैं: एनोड, कैथोड और गेट।
• एक SCR को अर्ध-नियंत्रित उपकरण माना जाता है क्योंकि इसे गेट पल्स के साथ चालू किया जा सकता है लेकिन बंद नहीं किया जा सकता है। धनात्मक अर्ध चक्र के दौरान, SCR अग्रवर्ती अवरोधी मोड में होता है।
• गेट पल्स लगाकर, SCR को चालू किया जा सकता है। एक बार चालू होने के बाद, गेट सिग्नल को हटाया जा सकता है।
• ​SCR (सिलिकॉन-नियंत्रित दिष्टकारी) एक एकदिशिक उपकरण है क्योंकि यह केवल एक दिशा में एनोड से कैथोड तक धारा प्रवाहित होने की अनुमति देता है जब यह चालन मोड में होता है।
• SCR (सिलिकॉन-नियंत्रित दिष्टकारी) सिलिकॉन से बने होते हैं, जर्मेनियम से नहीं। जर्मेनियम की तुलना में उच्च तापमान स्थिरता, बेहतर शक्ति हैंडलिंग क्षमता और कम रिसाव धारा के कारण सिलिकॉन को प्राथमिकता दी जाती है।

निर्माण:

• SCR चार परत और तीन-टर्मिनल वाला उपकरण होता है। 
• P और N परतों के बने चार परतों को वैकल्पिक रूप से इस प्रकार व्यवस्थित किया गया है जिससे वे तीन जंक्शन J₁, J₂ और J₃ बनाते हैं। 
• ये जंक्शन निर्माण के आधार पर या तो धातुमिश्रित या विसरित होते हैं। 

अपमिश्रण स्तर:

• अपमिश्रण का स्तर थाइरिस्टर के अलग-अलग परतों के बीच भिन्न होता है। 
• Out of these four layers, the first layer (P1 or P+) and Last layer (N2 or N+) are heavily doped layers.
• The second layer (N1 or N-) is a lightly doped layer and the third layer (P2 or P+) is a moderately doped layer.
• The junction J1 is formed by the P+ layer and N- layer.
• Junction J2 is formed by the N- layer and P+ layer
• Junction J3 is formed by P+ layer and N+ layer.
• पतले परत का अर्थ यह होगा कि उपकरण न्यूनतम वोल्टेज पर विफल होगा।

संकल्पना:

• SCR के श्रृंखला संयोजन की आवश्यकता तब आवश्यक होती है जब हम विभिन्न SCR का प्रयोग करके संवर्धित वोल्टेज आवश्यकता को पूरा करना चाहते हैं। 
• जब आवश्यक वोल्टेज रेटिंग SCR वोल्टेज रेटिंग से अधिक हो जाता है, तो SCR की संख्या को अग्र और विपरीत वोल्टेज को साझा करने के लिए श्रृंखला में संयोजित करने की आवश्यकता होती है। 
• जब भार धारा SCR धारा रेटिंग से अधिक होती है, तो SCR भार धारा साझा करने के लिए समानांतर में जुड़े होते हैं। 

अनुप्रयोग:

प्रश्नानुसार:

दिया गया है कि

SCR 1 वोल्टेज = 350 V; धारा = 6 A

SCR 2 वोल्टेज = 300 V; धारा = 9 A

SCR 3 वोल्टेज = 250 V; धारा = 12 A 

माना कि हम कुल धारा ‘I’ लेते हैं। 

SCR 1 के साथ शंट में प्रतिरोधक R से होकर प्रवाहित होने वाली धारा 

I₁ = I – 6

उसीप्रकार, SCR 2 के साथ शंट में प्रतिरोधक R से होकर प्रवाहित होने वाली धारा 

I₂ = I – 9

और, SCR 3 के साथ शंट में प्रतिरोधक R से होकर प्रवाहित होने वाली धारा 

I₃ = I – 12

अब, स्ट्रिंग वोल्टेज निम्न हो जाता है

V_s = I₁R + I₂R + I₃R

Vs = (I - 6) R + (I - 9) R + (I - 12) R

Vs = (I - 6) R + (I - 6) R – 3 R + (I - 6) R – 6 R …..(1)

ध्यान दे कि

हमें SCR के स्ट्रिंग में वोल्टेज समीकरण के लिए प्रतिरोध R की गणना से अंतिम स्थिति को लेना चाहिए।

अंतिम स्थिति में SCR 1 (या उच्चतम वोल्टेज कमी वाला) पर वोल्टेज कमी अधिकतम अग्र अवरुद्ध वोल्टेज होगी। 

∴ V­_max = 350 = (I - 6) R     ----(2)

समीकरण (1) में (I - 6) R = 350 रखने पर, हमें निम्न प्राप्त होता है

V_s = 350 + 350 – 3 R + 350 – 6 R

(350 + 300 + 250) = 1050 – 9 R

900 = 1050 – 9 R

9 R = 1050 – 900

R = 16.66 Ω

अतः प्रत्येक थाइरिस्टर पर प्रयोग किये जाने वाले समकारी प्रतिरोध का मान 16.66 Ω है। 

चालू होने का समय: थाइरिस्टर अग्र अवरोध मोड से अग्र चालन मोड़ तक आगे बढ़ने के लिए कुछ संक्रमण समय लेता है। इस संक्रमण समय को एस.सी.आर. के चालु होने का समय कहा जाता है।

बंद होने का समय: वह समय जिसके दौरान थाइरिस्टर के विनिमय प्रक्रिया के दौरान थाइरिस्टर में एक विपरीत वोल्टेज लागू होता है।

एक थाइरिस्टर के बंद होने का समय चालू होने के समय से अधिक होता है।

एक ही रेटिंग और एक ही विनिर्देशों के दो थाइरिस्टर में समान या असमान चालू होने और बंद होने की अवधियाँ हो सकती हैं।

dv/dt सुरक्षा:

• जब SCR अग्र अभिनत होता है, तो जंक्शन J1 और J3 अग्र अभिनत और जंक्शन J2 पश्च अभिनत होते हैं। यह पश्च अभिनत जंक्शन J2 संधारित्र के गुणों को प्रदर्शित करता है।
• यदि, SCR में लागू अग्र वोल्टेज की दर बहुत अधिक होती है, तो जंक्शन J2 के माध्यम से प्रवाहित होने वाली आवेशित विद्युत धारा उच्च होती है।
• यह SCR का dv/dt ट्रिगर कहलाता है। 
• थाइरिस्टर की dv/dt रेटिंग एनोड वोल्टेज की वृद्धि की अधिकतम दर को दर्शाता है जो बिना किसी गेट सिग्नल के उपकरण को ट्रिगर नहीं करेगी। हम इस सीमा को नियंत्रित करने के लिए स्नबर परिपथ का उपयोग करते हैं।
• एक स्नब्बर परिपथ में थाइरिस्टर के साथ समानांतर में प्रतिरोध Rs और धारिता CS का श्रेणी संयोजन शामिल होता है।
• बड़े dv /dt द्वारा एक SCR को गलत रूप से चालू करने पर, गेट सिग्नल के अनुप्रयोग के बिना भी स्नब्बर परिपथ के प्रयोग से बचा जा सकता है।
• स्नबर उपकरण के बंद होने के दौरान स्विचिंग उपकरण में dv/dt को सीमित करता है।

SCR का लाभ:

• यह अधिक वोल्टेज, धारा और शक्ति को संभाल सकता है। 
• संवाही SCR पर वोल्टेज पात कम होता है। यह SCR में शक्ति अपव्यय को कम करेगा। 
• इसे चालू करना आसान होता है। 
• संचालन गुणवृत्ति उत्पादित नहीं करते हैं। 
• ट्रिगरिंग परिपथ साधारण होते हैं। 
• इसमें कोई गतिमान भाग नहीं होते हैं। 
• यह उच्च दक्षता पर रवहीन संचालन प्रदान करता है। 
• हम भार के लिए प्रदान की गयी शक्ति को नियंत्रित कर सकते हैं। 

SCR का नुकसान:

• यह केवल एक दिशा में संचालित हो सकता है। इसलिए यह ac के केवल एक-अर्ध चक्र के दौरान शक्ति को नियंत्रित कर सकता है। 
• यह स्रोत वोल्टेज के उच्च dv/dt के कारण अचानक चालू हो सकता है। 
• संवाही SCR को बंद करना आसान नहीं होता है। संवाही SCR को बंद करने के लिए हमें दिक्-परिवर्तन परिपथ नामक विशेष परिपथों का उपयोग करना होगा। 
• SCR का प्रयोग उच्च आवृत्तियों या उच्च-गति वाले संचालनों को प्रदर्शित करने के लिए नहीं किया जा सकता है। इसके संचालन की अधिकतम आवृत्ति 400 Hz होती है।
• गेट धारा ऋणात्मक नहीं हो सकता है। 

SCR का अनुप्रयोग: नियंत्रित दिष्टकारी, DC से DC परिवर्तक या चॉपर, DC से AC परिवर्तक या इन्वर्टर, स्थैतिक स्विच के रूप में, बैटरी चार्जर, DC और AC मोटर का गति नियंत्रण, लैंप मंदक, पंखे का गति विनियमक, AC वोल्टेज स्थिरक। 

• गेट बंद थाइरिस्टर (GTO) एक चार परत वाला PNPN शक्ति अर्धचालक स्विचिंग उपकरण है जिसे गेट धारा के एक छोटे स्पंद द्वारा चालू किया जा सकता है और इसे विपरित गेट स्पंद द्वारा बंद किया जा सकता है।
• लैचिंग का परिमाण, धारक धारा अधिक होती है। GTO की लैचिंग धारा समान रेटिंग के पारंपरिक थाइरिस्टर की तुलना में कई गुना अधिक होता है।
• ON-अवस्था वोल्टेज पात और संबंधित हानि अधिक होती हैं।
• GTO की बहु कैथोड संरचना के कारण ट्रिगर गेट धारा सामान्य SCR के लिए आवश्यक धारा से अधिक होती है।
• गेट धारा का परिमाण एनोड धारा का लगभग 30% होता है और यह थाइरिस्टर को चालू करने के लिए एक छोटी अवधि के लिए प्रवाहित होता है।
• गेट ड्राइव परिपथ नुकसान अधिक होता है। इसकी पश्च वोल्टेज अवरोध क्षमता अग्र वोल्टेज रोधन क्षमता से कम होती है।
• GTO में ऋणात्मक गेट-धारा स्पन्द द्वारा बंद होने की क्षमता होती है।
• GTO में न्यून शक्ति अनुप्रयोग के लिए वोल्टेज रोधन क्षमता अधिक होती है।

I2t रेटिंग को उपकरण की तापीय ऊर्जा के अवशोषण को निर्धारित करने के लिए प्रयोग किया जाता है। SCR के लिए नियोजित एक फ्यूज या अन्य सुरक्षा उपकरण के विकल्प में यह रेटिंग आवश्यक होती है। यह तापीय ऊर्जा का इस प्रकार माप होता है कि फ्यूज द्वारा त्रुटी को ठीक करने से पहले SCR थोड़े समय के लिए अवशोषित कर सकता है।

महत्वपूर्ण बिंदु:

थाइरिस्टर की di/dt रेटिंग एनोड से कैथोड विद्युत धारा के वृद्धि की अधिकतम दर को दर्शाती है। हम इस सीमा को नियंत्रित करने के लिए एक श्रेणी प्रतिघातक का उपयोग करते हैं।

थाइरिस्टर की dv/dt रेटिंग एनोड वोल्टेज की वृद्धि की अधिकतम दर को दर्शाती है जो बिना किसी गेट सिग्नल के उपकरण को ट्रिगर नहीं करेगी। हम इस सीमा को नियंत्रित करने के लिए स्नबर परिपथ का उपयोग करते हैं।

सिलिकॉन नियंत्रित दिष्टकारी (SCR) में अर्धचालकों की चार परतें होती हैं, जो NPNP या PNPN संरचनाओं का निर्माण करती हैं, जिसमें P-N संधियाँ J1, J2 और J3,और तीन टर्मिनल होते हैं।

एक SCR का एनोड टर्मिनल एक PNPN संरचना के p-प्रकार के पदार्थ से जुड़ा होता है, और कैथोड टर्मिनल n-प्रकार के परत से जुड़ा होता है, जबकि SCR का गेट कैथोड के निकटतम p-प्रकार के पदार्थ से जुड़ा होता है।

• तापीय रनअवे एक आत्म-विनाश प्रक्रिया है जिसमें तापमान में वृद्धि ऐसी स्थिति पैदा करती है जो बदले में फिर से तापमान को बढ़ाती है।
• तापमान में यह अनियंत्रित वृद्धि घटक को क्षतिग्रस्त करने का कारण बनती है।
• थायरिस्टर का तापीय रनअवे जंक्शन के ऋणात्मक प्रतिरोध गुणांक के कारण घटित होता है।
• एक घटक के लिए एक ऋणात्मक गुणांक का अर्थ है कि तापमान में वृद्धि के साथ इसका प्रतिरोध कम हो जाता है।