Эксплуатация полупроводниковых преобразователей и устройств: недостатки полупроводниковых приборов, виды защит.[6] [4]

Для коммутации можно применить прежде всего обычный механический выключатель - только большой. Но во-первых, площадь контактов должна расти с током - что бывает при перегрузке, все мы знаем, искры и запах горелой изоляции запоминаются хорошо. Во-вторых, расстояние, на которое расходятся электроды, должно увеличиваться с ростом напряжения, чтобы зазор между ними не пробился, - молния красива, но после нее от выключателя ничего не останется, а темнота воцарится надолго. Электропрочность воздуха мала, поэтому одна линия развития высоковольтных выключателей - это выключатели, работающие в вакууме либо заполненные маслом или самым тяжелым газом - SF6, "элегазом" (от "электрический"). Другая линия развития - это газоразрядные и электровакуумные приборы: тиратроны и электронные лампы. Наконец, третья и, видимо, самая перспективная - полупроводниковые коммутаторы, или тиристоры. Чтобы разобраться в механизме их работы, надо заново учить физику для 10 класса, причем по хорошему учебнику, поэтому механизм мы описывать не будем. Но дадим "конструктивное" определение и опишем прибор с точки зрения применения - то есть приведем его характеристики.

Тиристор - это полупроводниковый прибор в отличие от транзистора, имеющий не три слоя с разными типами проводимости p-n-p или n-p-n, а четыре - p-n-p-n. От двух крайних слоев сделаны выводы, по которым проходит основной ток, а от одного из промежуточных слоев - вывод управления. Если пропустить по управляющему электроду фиксированный ток и начать увеличивать напряжение между основными электродами, измеряя через них ток, то получится зависимость, изображенная на рис. 2 слева. Если потом начать его уменьшать, получится зависимость, показанная в середине. В целом характеристику тиристора изображают так, как показано справа, при этом длина выступа (напряжение включения Uвкл) зависит от напряжения на управляющем электроде. Иначе говоря, если подать на тиристор большое напряжение, но по управляющему электроду пропускать такой ток, что выступ характеристики будет торчать вправо достаточно далеко, то ток через основные электроды будет протекать маленький. Если потом изменить ток управляющего электрода так, что выступ укоротится, то рабочая точка перескочит на верхнюю ветвь кривой, ток возрастет, тиристор "откроется", то есть включится. К сожалению, если опять увеличить выступ, то тиристор не закроется - надо ждать уменьшения основного напряжения (в сети, как вы знаете, переменное напряжение частотой 50 Гц, то есть напряжение обнуляется 100 раз в секунду), чтобы тиристор перешел в "закрытое" состояние. Таким образом, мы создали "выключатель", который включить можно всегда, а выключить - только в момент прохода основного напряжения через ноль.

Другим недостатком тиристора было ограничение по максимальному напряжению и току - несколько киловольт и несколько килоампер, при том, что мощные выключатели могли работать при сотнях кВ и сотнях кА. Но маленький приборчик, не требующий обслуживания и при правильной эксплуатации несравненно более надежный, нежели прочие, был столь привлекателен, что инженеры предпочитали создавать сложные схемы, включать сотни тиристоров последовательно и сотни таких сборок параллельно, чтобы увеличить рабочие напряжения и тока.

Прошло пять лет с момента изобретения, и в 1960 году были созданы тиристоры, которые можно было не только включать управляющим импульсом, но и выключать - то есть разрывать цепь. ............