Wabashpress.ru

Техника Гидропрессы
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Лекция 16 Регуляторы переменного напряжения

Лекция 16 Регуляторы переменного напряжения

Тиристорные регуляторы переменного напряжения широко применяются в электроприводе, также для питания электротермических установок. Применение тиристоров для коммутации статорных цепей асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором позволяет решить задачу создания простого и надежного бесконтактного асинхронного электропривода. Можно эффективно воздействовать на процессы разгона, замедления, осуществлять интенсивное торможение и точную остановку. Безыскровая коммутация, отсутствие подвижных частей, высокая степень надежности позволяют применять тиристорные регуляторы во взрывоопасных и агрессивных средах.

Регуляторы переменного напряжения по числу фаз подразделяются на однофазные и трехфазные. По способу регулирования подразделяются на фазовое, ступенчатое, фазо-ступенчатое, широтно-импульсное регулирование.

16.1 Однофазный регулятор переменного напряжения с фазовым способом регулирования

Основным элементом однофазного регулятора является тиристорный симистор, он представляет собой два встречно-параллельно включенных тиристора, при помощи, которых нагрузка подсоединяется к цепи переменного тока (рисунок 16.1).

Рисунок 16.1 — Схема однофазного регулятора переменного напряжения

Фазовые методы регулирования базируются на управлении действующим значением переменного напряжения на нагрузке путем изменения длительности открытого состояния одного из включенных встречно-параллельно тиристоров в течение полупериода частоты сети. При фазовом методе частота выходного напряжения соответствует частоте питающей сети, а регулирование производится путем изменения формы кривой выходного напряжения и тока. Форма тока зависит от характера нагрузки. Рассмотрим простой случай, когда . Нагрузка чисто активная характерная для электротермических установок и ламп накаливания.

Фазовое регулирование возможно с отстающим углом управления ; с опережающим углом управления ; либо с тем и другим (двустороннее фазовое управление).

Фазовое регулирование с отстающим углом управления. Временная диаграмма (рисунок 16.2) иллюстрирует фазовое регулирование с отстающим углом управления . Тиристоры поочередно открываются в интервале положительной полуволны напряжения, приложенного к их анодам в момент прихода импульса тока в цепь управляющего перехода. Тиристоры закрываются в точках естественной коммутации ,,.

Рисунок 16.2 — Временная диаграмма фазового метода с отстающим углом управления

Зависимость действующего значения напряжения на нагрузке от угла управления называется регулировочной характеристикой , определяется из уравнения

. (16.1)

При нахождении интеграла учтем, что

(16.2)

. (16.3)

Как видно из временной диаграммы угол сдвига первой гармонической составляющей тока , относительно питающего напряжения . В этом заключается некоторый парадокс: нагрузка чисто активная, а ток отстает от напряжения, что характерно для индуктивной нагрузки.

Фазовое регулирование с опережающим углом управления. Работа регулятора с опережающим углом возможна только за счет принудительной коммутации, когда тиристор закрывается в интервале положительной полуволны питающего напряжения. Эту задачу решают заменой однооперационных тиристоров на двухоперационные или на силовые транзисторные ключи.

Рисунок 16.3 — Временная диаграмма фазового метода

с опережающим углом управления

Временная диаграмма (рисунок 16.3) иллюстрирует фазовое регулирование с опережающим углом управления . Тиристоры поочередно открываются в начале положительной полуволны напряжения приложенного к их анодам в момент прихода положительных импульсов тока в цепь управляющего перехода (точки 0,2,4). Тиристоры закрываются с опережением в момент прихода отрицательных импульсов тока в цепь управляющего перехода (точки 1,3). Таким образом, формируется последовательность разнополярных импульсов напряжения, действующее значение которой зависит от угла управления, и определяется уравнением регулировочной характеристики

. (16.4)

Как видно из временной диаграммы первая гармоническая составляющая тока, потребляемая из сети, опережает напряжение , что говорит о том, что нагрузка носит емкостный характер.

Фазовое регулирование с двухсторонним управлением. Работа регулятора с двухсторонним фазовым управлением также возможна только при принудительной коммутации. Временная диаграмма (рисунок 16.4) иллюстрирует двухстороннее фазовое управление.

Рисунок 16.4 — Временная диаграмма фазового метода

с двухсторонним управлением

При двухстороннем управлении из синусоидального напряжения выделяется центральная часть. Открытие тиристора происходит с запаздыванием на угол , а закрытие — с опережением на этот угол. Коммутация происходит под действием управляющих импульсов тока. Зависимость действующего значения выходного напряжения определяется выражением

. (16.5)

Форма тока, потребляемая от сети при чисто активной нагрузке, совпадает с формой выходного напряжения. Фазовый сдвиг между питающим напряжением и первой гармонической составляющей тока .

Регулировочные характеристики рассмотренных преобразователей показаны на рисунке 16.5.

Рисунок 16.5 — Регулировочные характеристики: 1 — с отстающим и с опережающим углом управления; 2 — с двухсторонним управлением

Для всех случаев среднее значение тока через тиристор принимает максимальное значение при и равно

, (16.6)

а максимальное значение обратного напряжения

. (16.7)

Часто нагрузкой регулятора переменного напряжения служит асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Нагрузка носит практически чисто индуктивный характер. На частоте сети индуктивное сопротивление в сотни раз больше активной составляющей. В регуляторах, работающих на индуктивную нагрузку, в основном применяются регуляторы с отстающим углом управления. Это объясняется простотой управления и возможностью использовать однооперационные тиристоры. При работе на индуктивную нагрузку меняется форма токов, как показано на рисунке 16.6.

Читайте так же:
Фрезер фиолент мфз 1100

Рисунок 16.6 — Временная диаграмма работы

регулятора переменного напряжения при индуктивной нагрузке

По временной диаграмме можно проследить, что в точке 1 на тиристор VT1 поступает управляющий импульс, который смещен относительно напряжения на угол . Тиристор открывается, и ток через индуктивность начинает медленно возрастать (интервал 1-2). В индуктивности происходит накопление энергии. В точке 2 тиристор остается открытым за счет тока, который создает индуктивность (интервал 2-3), отдавая энергию в нагрузку. Если не учитывать потери на активном сопротивлении нагрузки, то тиристор будет открыт на интервале . В точке 4 открывается тиристор VT2, он будет открыт на интервале 4-6. Здесь на интервале 4-5 индуктивность запасает энергию, а на интервале 5-6 отдает ее в нагрузку. Далее процессы повторяются. Если уменьшать , то интервал проводимости тиристоров увеличится, а при , тиристоры будут открыты в течение половины периода. Ток примет синусоидальную форму и будет сдвинут относительно напряжения (форма тока показана пунктиром).

Уравнение регулировочной характеристики имеет вид

, (16.8)

из этого уравнения видно, что при все напряжение будет приложено к нагрузке . Минимальный угол, при котором тиристоры открыты в течение , называется критическим. При форма напряжения и тока через нагрузку не изменяется. Регулировочная характеристика для случая чисто индуктивной нагрузки показана на рисунке 16.7.

Рисунок 16.7 — Регулировочные характеристики:

1- с чисто активной нагрузкой ();

2- с чисто индуктивной нагрузкой ()

Трехфазный регулятор переменного напряжения с фазовым способом управления состоит из трех однофазных регуляторов (рисунок 16.8). Применяется способ регулирования с запаздывающим углом управления , причем угол управления в каждой фазе задается отдельно от момента прохождения через ноль фазного напряжения.

Тиристорные стабилизаторы

Тиристорные стабилизаторы напряжения дороже релейных и сервоприводных, но при этом набирают все большую популярность, в чем их плюсы разберемся вместе со СтабЭксперт.ру.

Принцип работы

Тиристорные стабилизаторы работают по тому же ступенчатому принципу, что и релейные, рассмотренные ранее. Отличие заключается в том, что роль контактов электромеханических реле играют электронные управляемые ключи — тиристоры.

Тиристор представляет собой полупроводниковый прибор, имеющий три электрода — анод, катод и электрод управления. И в зависимости от наличия сигнала управления, он может находиться в закрытом или открытом состоянии. Проводимость в данной схеме имеет односторонний характер. В открытом состоянии движение электрического тока происходит от анода к катоду. Для использования этих электронных ключей в схемах переменного тока обычно поступают следующим образом. Два тиристора соединяют по так называемой встречно-параллельной схеме, то есть, анод одного прибора соединяют с катодом другого и наоборот.

В результате получается комбинированный ключ, обеспечивающий проводимость в обоих направлениях. Аналогично релейным приборам, каждый тиристорный ключ управляет только одной отпайкой вторичной обмотки автотрансформатора и одновременное открытие нескольких ключей не допускается.

Управление тиристорными ключами осуществляется электронным блоком. Алгоритм работы системы управления аналогичен тому, что применяется в релейных стабилизаторах. Система осуществляет постоянный контроль уровня напряжения и при его отклонении подаёт сигнал на открывание соответствующего ключа.

Топ-3 популярных марок

    Параметры:
  • Рабочий диапазон — от 120 до 245 В.
  • Точность — 3%.
  • Напольное размещение. Мощность:
  • От 3 кВт до 12 кВт.
    Параметры:
  • Рабочий диапазон — от 125 до 254 В.
  • Точность — 3-5%.
  • Универсальное размещение. Мощность:
  • От 5 кВт до 20 кВт.

Плюсы и минусы

Тиристорные стабилизаторы напряжения обладают рядом преимуществ по сравнению с устройствами релейного типа, основными из которых являются:

  • более высокая скорость переключения ступеней, т.е. тиристоров по сравнению с электромеханическими реле. Благодаря этому качеству тиристорные приборы быстрее реагируют на изменение напряжения;
  • стабилизаторы с электронными ключами не имеют механических контактов и движущихся частей, что обеспечивает их бОльшую искробезопасность (не абсолютную!) и более длительный эксплуатационный ресурс.

Общим недостатком всех регуляторов ступенчатого типа, переключающих отводы вторичной обмотки автотрансформатора (и релейных в том числе), является неизбежность наличия определённой погрешности регулирования. Проблема заключается в следующем. СтабЭксперт.ру напоминает, что проектировщики при создании оборудования этого типа всегда ищут компромисс между пределами регулирования напряжения и погрешностью этого самого регулирования.

Предел регулирования зависит от количества витков между крайними выводами обмотки, подключаемыми к нагрузке контактами реле или электронными ключами. Точность же стабилизации определяется числом витков одной секции, составляющей ступень регулирования. Таким образом, при большом диапазоне регулирования получить низкую погрешность можно, если разделить этот диапазон на большое количество ступеней с малым числом витков. Однако стабилизатор с большим числом отводов обмотки автотрансформатора и ключевых элементов становится тяжёлым, громоздким и дорогим.

Для дома

Нужно понимать, что для дома даже погрешность релейных моделей в 8-10% является приемлемой и большинство приборов «переваривают» такие отклонения спокойно. У тиристорных точность работы выше, она обычно 3-5%, казалось бы, зачем это в быту? Но наряду с этим они реагирует быстрее, как писали ранее и перегрузки, в моменте, терпят гораздо бОльшие, а это важно при пусковых токах насосов, станков и пр. Ну и дорогая аудио- и видео-техника тяготеет к хорошему питанию.

Читайте так же:
Пила торцовочная зубр зпт 255 1800 отзывы

Пример

В качестве примера, рассмотрим стабилизаторы от одного производителя: тиристорные Энергия Classic и Энергия Ultra имеют точность работы 5 и 3% соответственно, а перегрузку терпят в 180%. Представители релейного сегмента Энергия Voltron работают с точностью 5% и способны вытерпеть кратковременную перегрузку в 110%.

Тиристорные трехфазные стабилизаторы

Тиристорные стабилизаторы, на данный момент, выпускают только однофазные, но для сети 380 В приобретается модульный комплект из 3-х однофазных приборов, а если появляется прибор требующий ровно 380 В, то докупается блок контроля сети.

Тиристорный регулятор мощности: схема, принцип работы и применение

тиристорный регулятор мощности схема

В повседневной жизни очень часто возникает необходимость регулирования мощности бытовых приборов, например электроплиты, паяльника, кипятильников и ТЭНов, на транспорте — оборотов двигателя и т.д. На помощь приходит простейшая радиолюбительская конструкция – регулятор мощности на тиристоре. Собрать такое устройство не составит труда, оно может стать тем самым первым самодельным прибором, который будет выполнять функцию регулировки температуры жала паяльника начинающего радиолюбителя. Стоит отметить, что готовые паяльные станции с контролем температуры и прочими приятными функциями стоят на порядок дороже простого паяльника. Минимальный набор деталей позволяет собрать простой тиристорный регулятор мощности навесным монтажом.

К сведению, навесной монтаж — это способ сборки радиоэлектронных компонентов без применения печатной платы, а при хорошем навыке он позволяет быстро собрать электронные устройства средней сложности.

Вы также можете заказать электронный конструктор тиристорного регулятора, а для тех, кто хочет разобраться во всём самостоятельно, ниже будет представлена схема и объяснён принцип работы.

Как работает тиристор?

Тиристор – это управляемый полупроводниковый прибор, способный проводить ток в одном направлении. Слово «управляемый» употреблено неспроста, поскольку с его помощью, в отличие от диода, который тоже проводит ток только к одному полюсу, можно выбирать момент, когда тиристор начнет проводить ток. Тиристор имеет три вывода:

  • Анод.
  • Катод.
  • Управляющий электрод.

Для того чтобы ток начал течь через тиристор, необходимо выполнить следующие условия: деталь должна стоять в цепи, находящейся под напряжением, на управляющий электрод должен быть подан кратковременный импульс. В отличие от транзистора, управление тиристором не требует удержания управляющего сигнала. На этом нюансы не заканчиваются: тиристор можно закрыть, лишь прервав ток в цепи, или сформировав обратное напряжение анод — катод. Это значит, что использование тиристора в цепях постоянного тока весьма специфично и часто неблагоразумно, а вот цепях переменного, например в таком приборе как тиристорный регулятор мощности, схема построена таким образом, что обеспечено условие для закрытия. Каждая из полуволн будет закрывать соответствующий тиристор.

Вам, скорее всего, не всё понятно? Не стоит отчаиваться — ниже будет подробно описан процесс работы готового устройства.

Можно ли регулировать обороты двигателя?

регулятор мощности на тиристоре

Я думаю, многие из читателей видели или пользовались дрелями, углошлифовальными машинами, которые в народе именуют «болгарками», и прочим электроинструментом. Вы могли заметить, что количество оборотов зависит от глубины нажатия на кнопку-курок прибора. Вот в этот элемент как раз и встроен такой тиристорный регулятор мощности (схема которого приведена ниже), с помощью которого осуществляется изменение количества оборотов.

Обратите внимание! Тиристорный регулятор не может изменять обороты асинхронных двигателей. Таким образом, напряжение регулируется на коллекторных двигателях, оборудованных щёточным узлом.

Схема тиристорного регулятора мощности на одном и двух тиристорах

Типовая схема для того, чтобы собрать тиристорный регулятор мощности своими руками изображена на рисунке ниже.

Выходное напряжение у данной схемы от 15 до 215 вольт, в случае применения указанных тиристоров, установленных на теплоотводах, мощность составляет порядка 1 кВт. Кстати выключатель с регулятором яркости света сделан по подобной схеме.

Если у вас нет необходимости полной регулировки напряжения и достаточно получать на выходе от 110 до 220 вольт, воспользуйтесь этой схемой, которая показывает однополупериодный регулятор мощности на тиристоре.

Схема простого регулятора мощности

Регулировать мощность паяльника можно используя для этой цели аналоговые или цифровые паяльные станции. Последние стоят достаточно дорого, и собрать их, не имея опыта, не просто. В то время как аналоговые устройства (являющиеся по сути регуляторами мощности) не составит труда сделать своими руками.

Приведем несложную схему прибора на тиристорах, благодаря которому можно регулировать мощность паяльника.

Простейший регулятор

Простейший регулятор

Радиоэлементы, обозначенные на схеме:

  • VD – КД209 (или близкий ему по характеристикам)
  • VS- KУ203В или его аналог;
  • R1 – сопротивление с номиналом 15кОм;
  • R2 – резистор переменного типа 30кОм;
  • С –емкость электролитического типа ч номиналом 4,7мкФ и напряжением от 50В;
  • Rn – нагрузка (в нашем случае в качестве нее выступает паяльник).
Читайте так же:
Предел текучести материала формула

Данное устройство регулирует только положительный полупериод, поэтому минимальная мощность паяльника будет вполовину меньше номинальной. Управляется тиристор через цепь, включающую в себя два сопротивления и емкость. Время зарядки конденсатора (оно регулируется сопротивлением R2) влияет на длительность «открытия» тиристора. Ниже показан график работы устройства.

Влияние сопротивления R2 на работу регулятора

Влияние сопротивления R2 на работу регулятора

Пояснение к рисунку:

  • график A – показывает синусоиду переменного напряжения, поступающего на нагрузку Rn (паяльник) при сопротивлении R2 близком к 0 кОм;
  • график B – отображает амплитуду синусоиды поступающего на паяльник напряжения при сопротивлении R2 равном 15 кОм;
  • график C, как видно из него, при максимальном сопротивлении R2 (30 кОм) время работы тиристора (t2) становится минимальным, то есть паяльник работает с мощностью примерно около 50% от номинальной.

Схема устройства довольно простая, поэтому собрать ее самостоятельно смогут даже те, кто не очень хорошо разбирается в схемотехнике. Необходимо предупредить, что при работе данного прибора в его цепи присутствует опасное для жизни человека напряжение, поэтому все его элементы должны быть надежно заизолированы.

Как уже описывалось выше, устройства, работающие по принципу фазового регулирования, являются источником сильных помех в электросети. Существует два варианта выхода из подобной ситуации:

  • подавать напряжение через сглаживающий фильтр (его схему несложно найти), самый простой вариант реализации – ферритовое кольцо с обмотанным вокруг него сетевым кабелем;

Фильтр на основе ферритового кольца от кабеля монитора

Фильтр на основе ферритового кольца от кабеля монитора

Как это работает?

Описанная ниже информация справедлива для большинства схем. Буквенные обозначения будут браться в соответствии первой схемы тиристорного регулятора

Тиристорный регулятор мощности, принцип работы которого основан на фазовом управлении величиной напряжения, изменяет и мощность. Данный принцип заключается в том, что в нормальных условиях на нагрузку действует переменное напряжение бытовой сети, изменяющееся по синусоидальному закону. Выше, при описании принципа работы тиристора, было сказано, что каждый тиристор работает в одном направлении, то есть управляет своей полуволной от синусоиды. Что это значит?

Если с помощью тиристора периодически подключать нагрузку в строго определенный момент, величина действующего напряжения будет ниже, поскольку часть напряжения (действующая величина, которая «попадёт» на нагрузку) будет меньше, чем сетевое. Данное явление проиллюстрировано на графике.

Заштрихованная область – это и есть область напряжения, которое оказалось под нагрузкой. Буквой «а» на горизонтальной оси обозначен момент открытия тиристора. Когда положительная полуволна закончится и начнется период с отрицательной полуволной, один из тиристоров закрывается, и в тот же момент открывается второй тиристор.

Отличное решение для управления мощностью Тэна:

  1. 1) Регулятор напряжения. Классический регулятор, для изменения мощности ТЭНа в перегонном кубе. Регулируя в свою очередь мощность и интенсивность нагрева браги при дистилляции и ректификации.
  2. 2) Наличие вентилятора для охлаждения и продления срока службы.
  3. 3) Плавная регулировка во всем диапазоне мощности.
  4. 4) Сделано на базе мощного симистора BTA41600. Предназначено для регулирования мощности. Применение данного симистора позволяет уменьшить размер радиатора охлаждения.
  5. 5) Принцип работы, регулятор мощности использует принцип фазового управления.
  6. 6) Алюминиевый радиатор.
  7. 7) Компактное исполнение.

Разберемся, как работает конкретно наш тиристорный регулятор мощности

Оговорим заранее, что вместо слов «положительная» и «отрицательная» будут использованы «первая» и «вторая» (полуволна).

Итак, когда на нашу схему начинает действовать первая полуволна, начинают заряжаться ёмкости C1 и C2. Скорость их заряда ограничена потенциометром R5. данный элемент является переменным, и с его помощью задаётся выходное напряжение. Когда на конденсаторе C1 появляется необходимое для открытия динистора VS3 напряжение, динистор открывается, через него поступает ток, с помощью которого будет открыт тиристор VS1. Момент пробоя динистора и есть точка «а» на графике, представленном в предыдущем разделе статьи. Когда значение напряжения переходит через ноль и схема оказывается под второй полуволной, тиристор VS1 закрывается, и процесс повторяется заново, только для второго динистора, тиристора и конденсатора. Резисторы R3 и R3 служат для ограничения тока управления, а R1 и R2 — для термостабилизации схемы.

Принцип работы второй схемы аналогичен, но в ней идёт управление только одной из полуволн переменного напряжения. Теперь, зная принцип работы и схему, вы можете собрать или починить тиристорный регулятор мощности своими руками.

Принцип работы фазового регулирования

Принцип регулирования данного типа заключается в том, что импульс, открывающий тиристор, имеет определенную фазу. То есть, чем дальше он располагается от конца полупериода, тем большей амплитуды будет напряжение, поступающее на нагрузку. На рисунке ниже мы видим обратный процесс, когда импульсы поступают практически под окончание полупериода.

Читайте так же:
Схема пульта управления тельфером

Минимальная мощность

Минимальная мощность

На графике показано время, когда тиристор закрыт t1 (фаза управляющего сигнала), как видите он открывается практически под конец полупериода синусоиды, в результате амплитуда напряжения минимальна, а следовательно, мощность в подключенной к прибору нагрузке будет незначительной (близкой к минимальной). Рассмотрим случай, представленный на следующем графике.

Половинная мощность

Половинная мощность

Здесь мы видим, что импульс, открывающий тиристор, приходится на середину полупериода, то есть регулятор будет выдавать половинную мощность от максимально возможной. Работа на мощности, близкой к максимальной, отображена на следующем графике.

Мощность, близкая к максимальной

Как видно из графика, импульс приходится на начало синусоидального полупериода. Время, когда тиристор находится в закрытом состоянии (t3) — незначительное, поэтому в данном случае мощность в нагрузке приближается к максимальной.

Заметим, что трехфазные регуляторы мощности работают по такому же принципу, но они управляют амплитудой напряжения не в одной, а сразу в трех фазах.

Такой метод регулирования прост в реализации и позволяет точно изменять амплитуду напряжения в диапазоне от 2 до 98 процентов от номинала. Благодаря этому становится возможным плавное управление мощностью электроустановок. Основной недостаток устройств данного типа — создание высокого уровня помех в электросети.

В качестве альтернативы, позволяющей сократить помехи, можно переключать тиристоры, когда синусоида переменного напряжения проходит через ноль. Наглядно работу такого регулятора мощности можно посмотреть на следующем графике.

Переключение тиристора через «ноль»

Переключение тиристора через «ноль»

Обозначения:

  • A – график полуволн переменного напряжения;
  • B – работа тиристора при 50% от максимальной мощности;
  • C – график, отображающий работу тиристора при 66%;
  • D – 75% от максимума.

Как видно из графика, тиристор «отрезает» полуволны, а не их части, что минимизирует уровень помех. Недостаток такой реализации – невозможность плавного регулирования, но для нагрузки с большой инерционностью (например, различных нагревательных элементов) этот критерий не основной.

Видео: Испытания тиристорного регулятора мощности

Применение регулятора в быту и техника безопасности

тиристорный регулятор мощности принцип работы

Нельзя не сказать о том, что данная схема не обеспечивает гальванической развязки от сети, поэтому существует опасность поражения электрическим током. Это значит, что не стоит касаться руками элементов регулятора. Необходимо использовать изолированный корпус. Следует проектировать конструкцию вашего прибора так, чтобы по возможности вы могли спрятать её в регулируемом устройстве, найти свободное место в корпусе. Если регулируемый прибор располагается стационарно, то вообще имеет смысл подключить его через выключатель с регулятором яркости света. Такое решение частично обезопасит от поражения током, избавит от необходимости поиска подходящего корпуса, имеет привлекательный внешний вид и изготовлено промышленным методом.

Тиристор. Описание, принцип работы, свойства и характеристики.

Тиристор — это довольно архаичный полупроводниковый прибор, ранее широко применявшийся в качестве силового ключа для управления мощной нагрузкой.
И хотя в настоящее время данный элемент уступает свои позиции симисторам (в цепях переменного тока) и силовым транзисторным ключам (в цепях постоянного тока), кривая совокупного радиолюбительского интереса к устройствам, выполненным на тиристорах, всё ещё находится на достаточно высоком уровне.
Приобщимся к процессу получения знаний, касающихся характеристик, принципов работы, а также способов управления тиристорами, и мы.

Итак.
Тиристор — это трёхвыводной полупроводниковый прибор, с тремя (иногда четырьмя) p-n-переходами и имеющий два устойчивых состояния:
— состояние низкой проводимости (закрытое состояние);
— состояние высокой проводимости (открытое состояние)
.

Тиристор
Рис.1

На Рис.1 показано устройство тиристора и двухтранзисторная эквивалентная модель, позволяющая пояснить работу прибора в режиме прямого запирания.
Добавим для кучи вольт-амперную характеристику тиристора и схему, реализующую самый простой способ управления тиристорами — подачу на управляющий электрод прибора постоянного тока с величиной, необходимой для его включения (Рис.2).

ВАХ тиристора
Рис.2

1. Для начала рассмотрим случай, когда управляющий электрод тиристора отключен (S1 на схеме разомкнут, Iу на ВАХ равен 0).
Тока через нагрузку нет (участок III на ВАХ), тиристор закрыт, и для того, чтобы его открыть, необходимо поднять напряжение на аноде тиристора настолько, чтобы возник лавинный пробой p-n-переходов полупроводника.
Оговоримся — зафиксировать нам этот процесс не удастся, потому что величина этого напряжения составляет несколько сотен вольт и, как правило, превышает амплитудное значение напряжения сети.
Тем не менее — при достижении этого уровня напряжения (точка II на ВАХ) тиристор отпирается, падение напряжения между анодом и катодом падает до единиц вольт, нагрузка подключается к сети — наступает рабочий режим открытого тиристора (участок I на ВАХ).
Чтобы закрыть тиристор нужно снизить протекающий через нагрузку ток (или напряжение на аноде) ниже тока удержания. Причём данное анодное напряжение должно быть многократно ниже отпирающего напряжения.

Читайте так же:
Расчет стальной балки на прогиб калькулятор

2. Для того, чтобы снизить величину напряжения включения тиристора, следует замкнуть S1 и, тем самым, подать на управляющий электрод ток, задаваемый значением переменного резистора R1. Чем больше ток Iу, тем при меньшем анодном напряжении происходит переключение тиристора в проводящее состояние.
А при какой-то величине тока управляющего электрода, называемой током спрямления (на ВАХ не показано), горба на характеристике больше не будет, и ВАХ тиристора станет похожа на ВАХ диода.
Абсолютно так же, как и в прошлом случае, чтобы закрыть тиристор необходимо снизить протекающий через нагрузку ток (или напряжение на аноде) ниже значения тока удержания.

Обратная часть вольт-амперной характеристики (участок IV) соответствует режиму обратного запирания полупроводника и обычно не используется. Тиристор остается закрытым, пока не наступит тепловой пробой.

Итак, определились. Для открывания тиристора следует подать на управляющий электрод прибора постоянный ток с величиной, необходимой для его включения, для закрывания — снизить протекающий через нагрузку ток (или напряжение на аноде) ниже значения тока удержания.
Т.е. в нашем случае, представленном на Рис.2 — тиристор будет открываться при замыкании S1 в каждый момент превышения анодным напряжением некоторого значения, зависящего от номинала R1, а закрываться с каждым полупериодом выпрямленного сетевого напряжения в момент приближения его уровня к нулевому значению.

Описанный способ управления тиристором посредством подачи на управляющий электрод постоянного тока прост, но обладает существенным недостатком — требуется довольно большой ток (а соответственно и мощность) управляющего сигнала (по паспорту — 200мА для КУ202).
Реальные величины тока управляющего электрода, достаточного для включения тиристора при комнатных температурах, обычно в несколько раз меньше цифр, приведенных в паспортных характеристиках (20-40мА для КУ202). Однако в большинстве случаев для управления тиристорами используется всё ж таки импульсный метод, либо метод, при котором открытый тиристор шунтирует цепь управления, не допуская бесполезного рассеивания мощности на ее элементах.

Рассмотрим подобный метод на примерах.
На Рис.3 представлена простейшая классическая тиристорная схема регулятора мощности.

Диодный мост Br1 преобразует двуполярное сетевое напряжение в однополярное удвоенной частоты, что позволяет регулировать напряжение на нагрузке в течение обоих полупериодов напряжения сети.
В качестве управляющего напряжения здесь используется часть анодного напряжения тиристора, поступающая через резисторы R1 и R2 на управляющий электрод полупроводника. Резистором R2 изменяют момент открывания тиристора VS1 и, следовательно, среднее значение напряжения на нагрузке.
Чем меньше будет значение R2, тем больше будет ток, поступающий на управляющий электрод, тем раньше откроется тиристор. При R2=0 — мощность в нагрузке максимальна (верхняя диаграмма).
При повороте ручки потенциометра R2, его сопротивление увеличивается, ток на управляющем электроде уменьшается, поэтому тиристор откроется уже не в начале полуволны, а спустя некоторое время, когда ток достигнет необходимого уровня.
Помимо этого, при увеличении сопротивления R2, управляющий сигнал получает дополнительную задержку, благодаря действию фазосдвигающей RC-цепочки, образованной R1, R2 и С1, что, в свою очередь, позволяет ещё больше расширить диапазон регулировки мощности.

Если нагрузка такова, что её необходимо запитать двуполярным переменным напряжением, схему можно преобразовать без какого-либо увеличения сложности.

Всё тоже самое, только с другой стороны.

Как мы уже упоминали, рассматриваемые устройства являются простейшими и не лишены определённых недостатков. Их основными минусами являются слабая помехозащищённость, сильная зависимость напряжения на нагрузке от температуры и необходимость индивидуального подбора резисторов для каждого экземпляра тиристора. К тому же, в связи с низким входным сопротивлением тиристора по управляющему входу, работа фазосдвигающей RC-цепи оказывается весьма неэффективной, что, в свою очередь, обуславливает недостаточно широкий диапазон регулировки мощности.
Значительно лучшим образом работают схемы, в которых формирование импульсов управления происходит посредством отдельных схем, выполненных на транзисторах, цифровых либо специализированных микросхемах. Однако, поскольку, всё имеет свои плюсы и минусы, то расплачиваться за усовершенствования приходится усложнением конструкции и необходимостью применения отдельного источника питания.

Поскольку в цепях постоянного тока тиристоры давно и без сожаления уступили место мощным транзисторам, специально спроектированным для работы в ключевых режимах, то и рассматривать их в данном контексте не имеет никакого основания.
А вот основные характеристики отечественных и зарубежных тиристоров окажутся совсем не лишними в копилке знаний пытливого радиолюбительского ума.
Тиристоры, максимальное прямое напряжение которых не дотягивает до амплитудного значения напряжения сети (300В) к рассмотрению также принимать не станем.

А на следующей странице мы рассмотрим принцип работы, свойства и характеристики симметричных триодных тиристоров — симисторов.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector