Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
7 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Схемы управления тиристорами

Схемы управления тиристорами

Когда открываются транзисторы, конденсатор С1 paзряжается через них и через сопротивление нагрузки Rн и на выходе схемы формируется импульс. Передний фронт этого импульса определяется постоянной времени разряда конденсатора. Так как время разряда C1 много меньше полупериода питающего напряжения, после окончания работы спусковой схемы на конденсатор подается напряжение того же полупериода и он вновь заряжается. В случае если напряжение на конденсатор C1 к концу повторного заряда будет больше или равно порогу срабатывания спусковой схемы, на нагрузке появится очередной импульс. В дальнейшем цикл включения повторяется.

Количество импульсов в пачке можно регулировать изменяя постоянную времени заряда. Увеличить импульсов в пачке можно также, изменив напряжение источника питания или величину емкости конденсатоpa C1.

Для управления мощными тиристорами, когда оказываются непригодными транзисторы, часто применяются схемы управления на маломощных тиристорах (рис. 8,в). В качестве накопителя энергии чаще всего используется искусственная линия из LC-звеньев, что позволяет получить на нагрузке близкую к прямоугольной форму импульса.

Рис. 9 Схема отпирания тиристора

В паузах между импульсами, когда тиристор заперт, конденсаторы формирующей линии ЛФ через зарядный дроссель L0 резонансно заряжаются до напряжения, приблизительно равного удвоенному значению напряжения источника питания. В момент подачи на управляющий электрод запускающего импульса тиристор ТТ отпирается, а линия ЛФ разряжается через нагрузку, формируя на ней близкий к прямоугольной форме импульс с параметрами, определяемыми характеристиками линии ЛФ. Для управления тиристорами часто применяют импульсные трансформаторы (рис. 9), которые хорошо обеспечивают развязку входной цепи приборов от генератора запускающих импульсов. С целью улучшения формы входного импульса в цепь управляющего электрода включают вспомогательные элементы.

Для отпирания тиристора с помощью импульсного трансформатора необходимо, чтобы напряжение Uу удовлетворяло условию Uу>RогрIспр, а длительность входного импульса τу была бы большей времени tвкл, т.е. τу>tвкл.

Рис. 10 Цепь отпирания триодного тиристора с кремниевым диодом во входной цепи

Рис. 11 Цепь отпирания триодного тиристора с разделительным конденсатором

Рис. 12 Цепь отпирания триодного тиристора с импульсным трансформатором

Запирание тиристоров

Для переключения тиристоров из проводящего состояния в запертое необходимо снизить анодный ток до величины, меньшей Iвыкл ,или подать на анод прибора импульс отрицательной полярности по отношению к катоду. Такие способы запирания характерны для диодных, триодных и симметричных тиристоров. Обычно в схему вводятся специальные эле­менты, обеспечивающие запирание тиристоров с по­мощью вспомогательных цепей прерывания тока, что характерно при питании схем от источника постоянного тока.

При использовании источника переменного тока за­пирание тиристоров осуществляется в момент перехода тока через нулевое значение.

Существуют многочисленные схемы, которые приме­няются для запирания тиристоров. Некоторые из них будут рассмотрены далее.

Основным способом, применяемым для запирания тиристоров, является использование коммутирующего конденсатора, который включается в анодную цепь ти­ристора, как показано на рис. 13, а.

Если тиристор ТТ2 отперт, конденсатор С заряжает­ся через резистор R1 до напряжения источника с поляр­ностью, указанной на рисунке. Когда отпирается тири­стор ТТ1 напряжение конденсатора прикладывается к ТТ2, смещая его в обратном направлении. Постоянная времени RC выбирается достаточно большой, чтобы обратное напряжение сохранилось в течение времени, не­обходимого для запирания тиристора.

Рис. 13 Схемы запирания тиристора

В схеме на рис. 13,б запирание ТТ осуществляется за счет подключения параллельно тиристору LC-контура. Когда тиристор заперт, конденсатор С заряжен до напряжения источника литания. В момент отпирания ТТ конденсатор С перезаряжается через индуктивность L и через полпериода собственной частоты контура

полярность его меняется на обратную. В следующий по­лупериод ток перезаряда конденсатора протекает через ТТ навстречу току нагрузки и, когда суммарный ток станет равным нулю, тиристор ТТ запрется.

В схеме, приведенной на рис. 13, в, запирание тири­стора осуществляется импульсом, возникающим во вто­ричной обмотке трансформатора, включенного в катодную цепь прибора.

В схеме на рис. 13, г запирание тиристора осущест­вляется с помощью импульса тока от внешнего источ­ника. В проводящем состоянии ток протекает через тири­стор ТТ и нагрузку Rн. Для запирания тиристора на базу транзистора Т подается запускающий импульс. После открывания Т источник Е2 оказывается прило­женным к тиристору ТТ и запирает его. В этой схеме время включенного состояния транзистора должно быть равно времени tвыкл тиристора ТТ.

Список используемой литературы

1) И.И. Дзюбин. Тиристоры в электронных схемах. М., «Энергия», 1972.

2) Кублановский Я.С. Тиристорные устройства – М.: Энергия, 1978

3) Кузьмин В. А.Тиристоры малой и средней мощности. М., «Советское радио», 1971

4) Горохов В.А., Щедрин М.Б. Физические основы применения тиристора в импульсных схемах. М., «Советское радио», 1972.

123

Copyright © Radioland. Все права защищены.
Дата публикации: 2008-04-07 (0 Прочтено)

Читайте так же:
Регулятор напряжения на двух транзисторах

Тиристоры: принцип действия, конструкции, типы и способы включения

Тиристор является силовым электронным не полностью управляемым ключом. Поэтому иногда в технической литературе его называют однооперационным тиристором, который может сигналом управления переводиться только в проводящее состояние, т. е. включаться. Для его выключения (при работе на постоянном токе) необходимо принимать специальные меры, обеспечивающие спадание прямого тока до нуля.

Тиристорный ключ может проводить ток только в одном направлении, а в закрытом состоянии способен выдержать как прямое, так и обратное напряжение.

Тиристор имеет четырехслойную p-n-p-n-структуру с тремя выводами: анод (A), катод (C) и управляющий электрод (G), что отражено на рис. 1

Обычный тиристор: a) – условно-графическое обозначение; б) – вольтамперная характеристика

Рис. 1. Обычный тиристор: a) – условно-графическое обозначение; б) – вольтамперная характеристика.

На рис. 1, b представлено семейство выходных статических ВАХ при различных значениях тока управления iG. Предельное прямое напряжение, которое выдерживается тиристором без его включения, имеет максимальные значения при iG = 0. При увеличении тока iG прямое напряжение, выдерживаемое тиристором, снижается. Включенному состоянию тиристора соответствует ветвь II, выключенному – ветвь I, процессу включения – ветвь III. Удерживающий ток или ток удержания равен минимально допустимому значению прямого тока iA , при котором тиристор остается в проводящем состоянии. Этому значению также соответствует минимально возможное значение прямого падения напряжения на включенном тиристоре.

Ветвь IV представляет собой зависимость тока утечки от обратного напряжения. При превышении обратным напряжением значения UBO начинается резкое возрастание обратного тока, связанное с пробоем тиристора. Характер пробоя может соответствовать необратимому процессу или процессу лавинного пробоя, свойственного работе полупроводникового стабилитрона.

силовые тиристоры

Тиристоры являются наиболее мощными электронными ключами, способными коммутировать цепи с напряжением до 5 кВ и токами до 5 кА при частоте не более 1 кГц.

Конструктивное исполнение тиристоров приведено на рис. 2.

Конструкция корпусов тиристоров: а) – таблеточная; б) – штыревая

Рис. 2. Конструкция корпусов тиристоров: а) – таблеточная; б) – штыревая

Тиристор в цепи постоянного тока

Включение обычного тиристора осуществляется подачей импульса тока в цепь управления положительной, относительно катода, полярности. На длительность переходного процесса при включении значительное влияние оказывают характер нагрузки (активный, индуктивный и пр.), амплитуда и скорость нарастания импульса тока управления iG , температура полупроводниковой структуры тиристора, приложенное напряжение и ток нагрузки. В цепи, содержащей тиристор, не должно возникать недопустимых значений скорости нарастания прямого напряжения duAC/dt, при которых может произойти самопроизвольное включение тиристора при отсутствии сигнала управления iG и скорости нарастания тока diA/dt. В то же время крутизна сигнала управления должна быть высокой.

Среди способов выключения тиристоров принято различать естественное выключение (или естественную коммутацию) и принудительное (или искусственную коммутацию). Естественная коммутация происходит при работе тиристоров в цепях переменного тока в момент спадания тока до нуля.

Способы принудительной коммутации весьма разнообразны. Наиболее характерны из них следующие: подключение предварительно заряженного конденсатора С ключом S (рис 3, а); подключение LC-цепи с предварительно заряженным конденсатором CK (рис 3 б); использование колебательного характера переходного процесса в цепи нагрузки (рис 3, в).

Способы искусственной коммутации тиристоров: а) – посредством заряженного конденсатора С; б) – посредством колебательного разряда LC-контура; в) – за счёт колебательного характера нагрузки

Рис. 3. Способы искусственной коммутации тиристоров: а) – посредством заряженного конденсатора С; б) – посредством колебательного разряда LC-контура; в) – за счёт колебательного характера нагрузки

При коммутации по схеме на рис. 3,а подключение коммутирующего конденсатора с обратной полярностью, например другим вспомогательным тиристором, вызовет его разряд на проводящий основной тиристор. Так как разрядный ток конденсатора направлен встречно прямому току тиристора, последний снижается до нуля и тиристор выключится.

В схеме на рис. 3,б подключение LC-контура вызывает колебательный разряд коммутирующего конденсатора Ск. При этом в начале разрядный ток протекает через тиристор встречно его прямому току, когда они становятся равными, тиристор выключается. Далее ток LC-контура переходит из тиристора VS в диод VD. Пока через диод VD протекает ток контура, к тиристору VS будет приложено обратное напряжение, равное падению напряжения на открытом диоде.

В схеме на рис. 3,в включение тиристора VS на комплексную RLC-нагрузку вызовет переходный процесс. При определенных параметрах нагрузки этот процесс может иметь колебательный характер с изменением полярности тока нагрузки iн. В этом случае после выключения тиристора VS происходит включение диода VD, который начинает проводить ток противоположной полярности. Иногда этот способ коммутации называется квазиестественным, так как он связан с изменением полярности тока нагрузки.

Тиристор в цепи переменного тока

При включении тиристора в цепь переменного тока возможно осуществление следующих операций:

включение и отключение электрической цепи с активной и активно-реактивной нагрузкой;

изменение среднего и действующего значений тока через нагрузку за счёт того, что имеется возможность регулировать момент подачи сигнала управления.

Так как тиристорный ключ способен проводить электрический ток только в одном направлении, то для использования тиристоров на переменном токе применяется их встречно-параллельное включение (рис. 4,а).

Читайте так же:
Можно ли паять медь с алюминием

Встречно-параллельное включение тиристоров (а) и форма тока при активной нагрузке

Рис. 4. Встречно-параллельное включение тиристоров (а) и форма тока при активной нагрузке (б)

Среднее и действующее значения тока варьируются за счёт изменения момента подачи на тиристоры VS1 и VS2 открывающих сигналов, т.е. за счёт изменения угла и (рис. 4,б). Значения этого угла для тиристоров VS1 и VS2 при регулировании изменяется одновременно при помощи системы управления. Угол называется углом управления или углом отпирания тиристора.

Наиболее широкое применение в силовых электронных аппаратах получили фазовое (рис. 4,а,б) и широтно-импульсное управление тиристорами (рис. 4,в).

Вид напряжения на нагрузке при: а) – фазовом управлении тиристором; б) – фазовом управлении тиристором с принудительной коммутацией; в) – широтно-импульсном управлении тиристором

Рис. 5. Вид напряжения на нагрузке при: а) – фазовом управлении тиристором; б) – фазовом управлении тиристором с принудительной коммутацией; в) – широтно-импульсном управлении тиристором

При фазовом методе управления тиристором с принудительной коммутацией регулирование тока нагрузки возможно как за счёт изменения угла ? , так и угла ? . Искусственная коммутация осуществляется с помощью специальных узлов или при использовании полностью управляемых (запираемых) тиристоров.

При широтно-импульсном управлении (широтно-импульсной модуляции – ШИМ) в течение времени Тоткр на тиристоры подан управляющий сигнал, они открыты и к нагрузке приложено напряжение Uн. В течение времени Тзакр управляющий сигнал отсутствует и тиристоры находятся в непроводящем состоянии. Действующее значение тока в нагрузке

где Iн.м. – ток нагрузки при Тзакр = 0.

Кривая тока в нагрузке при фазовом управлении тиристорами несинусоидальна, что вызывает искажение формы напряжения питающей сети и нарушения в работе потребителей, чувствительных к высокочастотным помехам – возникает так называемая электромагнитная несовместимость.

тиристорыТиристоры являются наиболее мощными электронными ключами, используемыми для коммутации высоковольтных и сильноточных (сильнотоковых) цепей. Однако они имеют существенный недостаток – неполную управляемость, которая проявляется в том, что для их выключения необходимо создать условия снижения прямого тока до нуля. Это во многих случаях ограничивает и усложняет использование тиристоров.

Для устранения этого недостатка разработаны тиристоры, запираемые сигналом по управляющему электроду G. Такие тиристоры называют запираемыми (GTO – Gate turn-off thyristor) или двухоперационными.

Запираемые тиристоры (ЗТ) имеют четырехслойную р-п-р-п структуру, но в то же время обладают рядом существенных конструктивных особенностей, придающих им принципиально отличное от традиционных тиристоров – свойство полной управляемости. Статическая ВАХ запираемых тиристоров в прямом направлении идентична ВАХ обычных тиристоров. Однако блокировать большие обратные напряжения запираемый тиристор обычно не способен и часто соединяется со встречно-параллельно включенным диодом. Кроме того, для запираемых тиристоров характерны значительные падения прямого напряжения. Для выключения запираемого тиристора необходимо подать в цепь управляющего электрода мощный импульс отрицательного тока (примерно 1:5 по отношению к значению прямого выключаемого тока), но короткой длительности (10-100 мкс).

Запираемые тиристоры также имеют более низкие значения предельных напряжений и токов (примерно на 20-30 %) по сравнению с обычными тиристорами.

Основные типы тиристоров

тиристорыКроме запираемых тиристоров разработана широкая гамма тиристоров различных типов, отличающихся быстродействием, процессами управления, направлением токов в проводящем состоянии и т.д. Среди них следует отметить следующие типы:

тиристор-диод , который эквивалентен тиристору со встречно-параллельно включенным диодом (рис. 6.12,a);

диодный тиристор (динистор) , переходящий в проводящее состояние при превышении определённого уровня напряжения, приложенного между А и С (рис. 6,b);

запираемый тиристор (рис. 6.12,c);

симметричный тиристор или симистор , который эквивалентен двум встречно-параллельно включенным тиристорам (рис. 6.12,d);

быстродействующий инверторный тиристор (время выключения 5-50 мкс);

тиристор с полевым управлением по управляющему электроду , например, на основе комбинации МОП-транзистора с тиристором;

оптотиристор, управляемый световым потоком.

Условно-графическое обозначение тиристоров на схемах

Рис. 6. Условно-графическое обозначение тиристоров: a) – тиристор-диод; b) – диодный тиристор (динистор); c) – запираемый тиристор; d) — симистор

Тиристоры являются приборами, критичными к скоростям нарастания прямого тока diA/dt и прямого напряжения duAC/dt. Тиристорам, как и диодам, присуще явление протекания обратного тока восстановления, резкое спадание которого до нуля усугубляет возможность возникновения перенапряжений с высоким значением duAC/dt. Такие перенапряжения являются следствием резкого прекращения тока в индуктивных элементах схемы, включая малые индуктивности монтажа. Поэтому для защиты тиристоров обычно используют различные схемы ЦФТП, которые в динамических режимах осуществляют защиту от недопустимых значений diA/dt и duAC/dt.

В большинстве случаев внутреннее индуктивное сопротивление источников напряжения, входящих в цепь включенного тиристора, оказывается достаточным, чтобы не вводить дополнительную индуктивность LS . Поэтому на практике чаще возникает необходимость в ЦФТП, снижающих уровень и скорость перенапряжений при выключении (рис. 7).

Типовая схема защиты тиристора

Для этой цели обычно используют RC-цепи, подключаемые параллельно тиристору. Существуют различные схемотехнические модификации RC-цепей и методики расчета их параметров для разных условий использования тиристоров.

Для запираемых тиристоров применяются цепи формирования траектории переключения, аналогичных по схемотехнике ЦФТП транзисторов.

Читайте так же:
Фреза для врезки замков длинная

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Блок управления тиристорами и симисторами ОВЕН БУСТ2

Блок управления тиристорами и симисторами ОВЕН БУСТ2

Предназначен для управления симисторами или тиристорами, работающими с активной или активно индуктивной нагрузкой: нагревательными элементами печей, инфракрасными лампами, трансформаторами, двигателями и др.
БУСТ2 рекомендуется использовать для регулирования мощности совместно с ПИД-регуляторами ОВЕН ТРМ101 , ОВЕН ТРМ10 , ОВЕН ТРМ210 , ОВЕН ТРМ251 , ОВЕН ТРМ151 или ПЛК ОВЕН .
Прибор выпускается в корпусе креплением на Din — рейку.

Функциональные возможности

  • Автоматическое регулирование мощности активной нагрузки с помощью сигналов управления 0(4). 20 мА, 0. 5 мА, 0. 10 В, 0. 1 В поступающих от регулятора
  • Управление нагрузкой, включенной «ЗВЕЗДОЙ» и «ТРЕУГОЛЬНИКОМ»
  • Управление активной и активно-индуктивной нагрузкой (cos φ>0,4)
  • Управление мощными симисторами и тиристорами с токами управления до 1,5 А
  • Ручное регулирование мощности с помощью встроенного потенциометра
  • Два метода управления симисторами или тиристорами, в зависимости от инерционности нагрузки и уровня помех в сети
  • Защита силовых тиристоров или симисторов при возникновении аварийных ситуаций: короткого замыкания или превышения номинального тока в нагрузке (с использованием внешних трансформаторов тока)
  • Светодиодная индикация уровня мощности (10 уровней от 0 до 100 %)
  • Возможность внешней блокировки управления нагрузкой
  • Работа с одно-, двух- и трехфазной нагрузкой

Переключение режимов

  • Плавный выход на заданный уровень мощности для предотвращения резких перегрузок питающей сети или защиты нагревателей
  • Мгновенный выход на заданный уровень мощности для управления низко-инерционными нагрузками

Технические характеристики

Напряжение питания, В

Допустимое отклонение напряжения питания от номинала, %

Потребляемая мощность, ВА,

Входы управления/входное сопротивление

0. 1 В/47кОм
0. 10 В/47кОм
0. 20 мА/50 Ом
4. 20 мА/50 Ом

Напряжение низкого уровня на входе «Блокировка», В

Напряжение высокого уровня на входе «Блокировка», В

Импульсный ток управления, А, не менее

0,5 либо 1,5, в зависимости от настроек блока

Схемы подключения

Схема соединения для типа
подключения нагрузки «звезда
с нейтралью»

Схема соединения для типа
подключения нагрузки «звезда
с нейтралью и симисторами»

Схема соединения для типа
подключения нагрузки
«разомкнутый треугольник»

Схема соединения для типа
подключения нагрузки
«одна фаза, 220 В»

Схема соединения для типа
подключения нагрузки
«одна фаза, 380 В»

Схема соединения для типа
подключения нагрузки
«две фазы, 220 В»

Схема соединения для типа
подключения нагрузки
«две фазы, 380 В»

Схема соединения для типа
подключения нагрузки
«замкнутый треугольник»

Схема соединения для типа подключения нагрузки
«звезда без нейтрали»

Схема соединения для типа подключения нагрузки
«звезда без нейтрали» с симисторами

Управление мощными тиристорами схемы

Перевод тиристора из закрытого состояния в открытое осуществляется подачей сигнала на управляющий электрод тиристора. Существует несколько методов управления тиристорами: амплитудный, фазовый и широтно-импульсный. Рассмотрим особенности каждого из этих методов и возможности их применения при построении устройств управления тиристорами.

Амплитудное управление основано на изменении напряжения переключения тиристора при протекании тока через управляющий переход. При этом увеличение тока управления приводит к уменьшению напряжения переключения (рис. III.24, в), т. е. каждому уровню тока управления соответствует определенный уровень анодного напряжения при котором включается

тиристор. Указанный способ управления тиристором применим только при питании усилителя переменным напряжением, мгновенное значение которого изменяется в течение полупериода. С помощью диаграммы, показанной на рис. III.25, а, можно пояснить принцип амплитудного управления для случая синусоидального питающего напряжения и однополупериодного выпрямления. При этом амплитудный метод управления допускает двукратное регулирование напряжения на нагрузке.

К недостаткам амплитудного метода управления следует отнести, во-первых, неоднозначность характеристик вход — выход (зависимости выходного напряжения от величины сигнала управления) тиристорного усилителя, обусловленную значительным разбросом входных характеристик тиристоров и их существенной зависимостью от температуры, и, во-вторых, увеличение потерь в тиристоре за счет протекания тока через управляющий переход в течение всего периода питающего напряжения.

Из-за отмеченных недостатков амплитудный метод находит весьма ограниченное применение.

Рис. III.25. Диаграммы изменения переменных тиристорного усилителя при различных методах управления: а — амплитудный; — напряжение сети; — напряжение включения тиристора при угле включения — минимальное значение напряжения управления; — напряжение на нагрузке; б — фазовый; в — широтно-импульсный; — импульсное напряжение управления

Фазовый метод управления основан на изменении фазы управляющего сигнала относительно фазы питающего анодную цепь тиристора переменного напряжения или на изменении угла (интервала) между фиксированным моментом выключения тиристора и моментом его включения.

Фазовый метод можно подразделить на амплитудно-фазовое управление, когда на управляющий электрод тиристора подается синусоидальное напряжение, фаза которого изменяется относительно фазы питающего (анодного) напряжения, и фазоимпульсное управление, когда тиристор открывается импульсом тока с регулируемой фазой. При первом способе управления процессы открытия тиристора полностью аналогичны процессам, происходящим при амплитудном управлении, но при этом диапазон регулирования

Читайте так же:
Хорошая недорогая сигнализация с автозапуском

существенно расширяется. Наиболее рациональным является фазоимпульсный способ управления, обеспечивающий наилучшие энергетические характеристики тиристорных усилителей. При фазоимпульсном способе управления (в дальнейшем будем называть его фазовым методом) в качестве управляющего сигнала используются импульсы, длительность которых, как правило, не превышает полупериода питающего напряжения. Учитывая, что время включения тиристора мало, для управления им используют обычно кратковременные импульсы длительностью от нескольких единиц до сотен микросекунд. Амплитуда управляющих импульсов тока должна превышать ток управления спрямления и выбираться в соответствии с диаграммой (рис. III. 24, г).

С помощью диаграммы, приведенной на рис. III. 25, б, можно пояснить фазовый метод управления тиристором. Изменяя фазу управляющего импульса в пределах регулируют напряжение на нагрузке от максимального значения до нуля. При фазовом методе управления полностью исключается влияние разброса входных параметров тиристора, температуры окружающей среды и переходов, а также формы питающего напряжения на характеристики вход — выход усилителя.

К достоинствам фазового метода управления следует отнести также малые потери в управляющем переходе тиристора благодаря кратковременности управляющего импульса. Фазовый метод управления получил наибольшее распространение при построении тиристорных усилителей любой мощности.

Широтно-импульсное управление тиристором основано на изменении соотношения между длительностью открытого и закрытого состояния тиристора (на изменении скважности). Широтно-импульсное управление применяется в тиристорных усилителях с выходом как на переменном, так и на постоянном токе. В обоих случаях изменяется соотношение между числом полупериодов питающего напряжения, приложенных к нагрузке через открытый тиристор, и числом полупериодов, приложенных к закрытому тиристору.

Диаграммы, с помощью которых поясняется принцип широтноимпульсного управления тиристором, приведены на рис. III.25, в. Управляющие сигналы могут вырабатываться в виде прямоугольных импульсов с переменной скважностью или в виде пачек кратковременных импульсов с переменной скважностью, подаваемых в начале полупериодов питающего напряжения.

При питании тиристорного усилителя от сети постоянного тока после каждого управляющего импульса должно производиться отключение тиристора. Для этого необходимо дополнительное устройство отключения, синхронизированное с устройством управления. Широтно-импульсный метод управления может использоваться при построении тиристорных усилителей любой мощности. При этом наиболее эффективно использовать его при питании усилителей от сети постоянного тока.

К существенным недостаткам широтно-импульсного метода управления следует отнести значительно меньшее быстродействие усилителя, чем в случае применения фазового метода управления тиристором, в связи с тем, что время чистого запаздывания при широтно-импульсном управлении составляет несколько периодов питающего напряжения.

Рассмотрим принципы построения некоторых устройств управления тиристорами при фазовом методе управления, исходя из требований, предъявляемых к цепям управления и управляющим сигналам тиристоров. Управление тиристором желательно осуществлять с помощью импульсного сигнала малой длительности, несколько превышающей время включения тиристора. Требуемый диапазон изменения фазы управляющего импульса в зависимости от типа регулятора мощности может лежать в пределах от долей полупе-риода до периода питающего напряжения. При построении многофазных усилителей должна обеспечиваться также максимально возможная симметрия управляющих импульсов, во избежание появления в нагрузке постоянной составляющей тока, которая нарушает нормальный режим работы устройства.

При формировании управляющего сигнала необходимо обеспечить достаточно крутой передний фронт импульса, что уменьшает потери в тиристоре при включении, а также повышает симметрию управляющих импульсов.

Фазовый метод управления может быть реализован несколькими способами.

«Вертикальный» способ управления основан на сравнении переменного (опорного) и постоянного напряжения сигнала управления. При равенстве мгновенных значений этих напряжений вырабатывается импульс, который усиливается и подается на управляющий электрод тиристора. Изменение фазы управляющего импульса достигается изменением уровня сигнала управления постоянного тока. На рис. III.26, а приведена блок-схема реализации этого способа, а на рис. III.26, б — диаграммы, поясняющие принцип ее работы.

Опорное напряжение, например, пилообразной формы, вырабатываемое генератором переменного напряжения (ГПН) и синхронизируемое с напряжением сети с помощью синхронизирующего устройства подается на устройство сравнения (УС), на которое одновременно подается и управляющее напряжение с предварительного усилителя (ЛУ). Сигнал с устройства сравнения поступает на формирователь импульсов а затем в виде мощного, регулируемого по фазе импульса подается на управляющий электрод тиристора. Функции отдельных устройств могут быть совмещены и количество их может быть соответственно уменьшено. Так, например, могут быть совмещены функции ГПН и СУ, УС и ФИ и идр.

Управление с помощью импульсных трансформаторов. Этот способ основан на изменении момента перемагничивания насыщающегося трансформатора при

(кликните для просмотра скана)

одновременном воздействии на него переменного и постоянного тока. На рис. III.27, а приведена блок-схема реализации этого способа. В отличие от вертикального способа управления здесь сравнение опорного и управляющего напряжений производится по ампер-виткам переменного и постоянного тока, намагничивающего импульсный трансформатор При равенстве намагничивающих сил и (рис. III.27, в) в момент сердечник трансформатора перемагничивается и на обмотке возникает импульс напряжения . Напряжение на подается от генератора переменного тока и предварительного усилителя ПУ. Как и в предыдущем случае, полученный сигнал подается на формирователь импульсов ФИ.

Читайте так же:
Шлифовка досок болгаркой видео

Рис. III.28. Фазосдвигающее устройство. а — блок-схема; б — принципиальная схема

Принципиальная схема фазоимпульсного устройства с импульсным трансформатором приведена на рис. III.27, б, а диаграммы, поясняющие принцип ее работы, на рис. III.27, в [3].

Управление с помощью фазосдвигающих мостов основано на том, что изменение величины реактивных LC-сопротивлений в плечах моста приводит к изменению фазы напряжения на выходной диагонали моста относительно фазы питающего напряжения на входной его диагонали. Блок-схема реализации этого способа управления приведена на рис. Отличительная особенность данной схемы — наличие фазосдвигающего устройства ФСУ.

Принципиальная схема устройства управления с фазосдвигающим RC-мостом приведена на рис. III.28, б. В качестве регулируемого активного сопротивления используется транзистор Т. На выходе моста вырабатывается синусоидальное напряжение с регулируемой фазой, которое преобразуется в импульсы с помощью формирователей импульсов, аналогичных рассмотренным при «вертикальном» способе управления.

Управление с помощью магнитных усилителей (МУ) основано на использовании зависимости угла

насыщения сердечников МУ от величины управляющего сигнала. Напряжение на выходе МУ представляет собой импульсы с достаточно крутым фронтом, которые могут непосредственно подаваться на управляющий электрод тиристора. Обычно так строятся относительно маломощные тиристорные усилители. При построении мощных тиристорных усилителей на выходе МУ включаются формирователи импульсов, в качестве которых, как и в предыдущих случаях, целесообразно использовать ждущий блокинг-генератор или маломощный тиристор. Блок-схема усилителя приведена на рис. III.29, а.

Рис. III.29. Фазовое управление тиристором с магнитным усилителем: а — блок-схема; б — принципиальная схема; — балластное сопротивление нагрузки МУ; в — диаграммы изменения переменных; U — напряжение на балластном сопротивлении

Схема простейшего фазосдвигающего устройства на магнитном усилителе и диаграмма выходных напряжений приведены на рис. III.29, б, в.

Передаточная функция тиристорного усилителя с управлением от небыстродействующего МУ может быть представлена инерционным звеном первого порядка с постоянной времени, равной постоянной времени МУ:

При использовании быстродействующих схем МУ управляющее устройство может быть представлено как звено с чистым запаздыванием, равным полупериоду питающего напряжения.

Следует отметить, что применение МУ обеспечивает простоту устройства управления, высокую надежность, исключение отдельного синхронизирующего устройства и возможность суммирования на входе МУ большого количества сигналов.

К недостаткам фазосдвигающих устройств на МУ следует отнести фазовую несимметрию выходных импульсов из-за разброса параметров магнитных сердечников и большую инерционность тиристорного усилителя при применении в качестве фазосдвигающих устройств обычных (небыстродействующих) схем МУ.

Рассмотренные выше фазоимпульсные устройства отличаются друг от друга способом регулирования фазы управляющего импульса. Однако сам импульс во всех случаях формируется однотипными специальными устройствами в виде ждущего блокинг-генератора, маломощного тиристорного усилителя и т. п.

Блок-схема реализации широтно-импульсного способа управления приведена на рис. III.30. В качестве широтно-импульсного модулятора (ШИМ) возможно использовать любое из перечисленных ранее устройств, формирующих импульсы с переменной скважностью, однако частота следования этих импульсов должна быть по крайней мере, на порядок ниже частоты сети, питающей тиристорный регулятор.

Рис. III.30. Широтно-импульсное управление тиристором: — блок-схема; — принципиальная схема

Полученные импульсы усиливаются, — в общем случае, усилителем У до уровня, достаточного для открытия тиристора (рис. III.30, а).

Учитывая, что включение тиристоров длительными импульсами энергетически невыгодно, целесообразно подавать на усилительное устройство синхронизирующие импульсы с которые вырабатываются в начале каждого полупериода питающего напряжения и усиливаются усилителем У. В этом случае сигнал с широтно-импульсного модулятора является разрешающим сигналом, обеспечивающим прохождение импульса только во время своего появления. Пример построения подобной схемы приведен на рис. III.30, б.

Описанные выше способы и устройства управления рассматривались применительно к-цепям управления тиристорами с питанием от сети переменного тока. Практически все рассмотренные способы и схемы могут быть применены и при управлении тиристорами с питанием их от сети постоянного тока.

Поскольку необходимым элементом тиристорного усилителя мощности является предварительный усилитель постоянного или переменного тока, то стабилизация системы автоматического регулирования с тиристорным усилителем осуществляется введением обратных связей с корректирующими звеньями постоянного (или переменного) тока непосредственно на вход предварительного усилителя.

Передаточная функция тиристорного усилителя может быть представлена как произведение передаточных функций трех типовых динамических звеньев — входного усилителя, тиристорного регулятора и нагрузки:

Передаточная функция тиристорного регулятора может быть представлена в виде передаточной функции звена с чистым запаздыванием.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector