Фазоимпульсное управление тиристором: Способы и устройства управления тиристорами

Содержание

Способы и устройства управления тиристорами

Перевод тиристора из закрытого состояния в открытое осуществляется подачей сигнала на управляющий электрод. Существует несколько методов управления тиристорами: амплитудный, фазовый, широтно-импульсный.

Амплитудный метод управления основан на зависимости напряжения переключения тиристора Un от величины тока управления. При этом увеличение тока управления IУ приводит к уменьшению напряжения переключения рис.34.1,а, то есть каждому уровню тока управления соответствует определенный уровень анодного напряжения Un, при котором включается тиристор. К недостаткам амплитудного метода управления следует отнести, во-первых, неоднозначность характеристик вход-выход (зависимость выходного напряжения от величины сигнала управления) тиристорного усилителя, обусловленную значительным разбросом входных характеристик тиристоров и их существенной зависимостью от температуры, и во-вторых, увеличенные потери в тиристоре за счет протекания тока через управляющий переход в течение всего периода питающего напряжения.

Этот способ управления тиристором используется только при питании усилителя переменным током рис.34.1,б и находит весьма ограниченное применение из-за отмеченных недостатков.

Фазовый метод управления основан на изменении фазы управляющего сигнала относительно фазы питающего анодную цепь тиристора переменного напряжения. Этот метод можно подразделить на амплитудно-фазовый, при котором на управляющий электрод тиристора подается синусоидальное напряжение, фаза которого изменяется относительно фазы питающего (анодного) напряжения, и фазоимпульсный рис.34.1,в, 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 существенно расширяется. Более рациональным является фазоимпульсное управление, обеспечивающее наилучшие энергетические характеристики тиристорных усилителей.

При этом способе управления 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 IУ.С.

Изменяя фазу управляющих импульсов в пределах 0<α<π, регулируют напряжение в нагрузке от максимального значения до нуля. При этом методе управления полностью исключается влияние разброса входных параметров тиристора, температуры окружающей среды и p-n 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. Этот метод получил наибольшее распространение в тиристорных усилителях любой мощности.

Широтно-импульсное управление тиристором основано на изменении соотношения между длительностью открытого и закрытого состояния тиристоров (на изменении скважности) рис.34.1,г. Оно 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. Управляющие сигналы Uу могут вырабатываться в виде прямоугольных импульсов с переменной скважностью или в виде серии (пачек) кратковременных Uу.имп c переменной скважностью, подаваемых в начале полупериодов питающего напряжения. Этот 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.

При фазовом методе 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 усилителя мощности может лежать в приделах от долей полупериода 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 рис.34.2 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.

Рисунок 34.2. Вертикальный способ управления тиристорами: а- структурная схема устройства; б- графики изменения сигналов

Опорное напряжение, например, пилообразной формы вырабатывается генератором переменного напряжения ГПН рис.34.2,а и синхронизируется с напряжением сети с помощью синхронизирующего устройства СУ, подается на устройство сравнения УС, на которое одновременно подается и управляющее напряжение с предварительного усилителя ПУ. Сигнал устройства сравнения поступает на формирователь импульсов ФИ, а затем виде мощного регулируемого по фазе импульса подается на управляющий электрод тиристора. Функции отдельных устройств могут быть совмещены.

Управление тиристорами с помощью импульсных трансформаторов рис 34.3 основано на изменении момента перемагничивания насыщающегося трансформатора при одновременном воздействии на него переменного и постоянного тока. В отличие от ранее рассмотренного способа управления здесь сравнение опорного и управляющего сигналов производится по ампервиткам переменного и постоянного тока, намагничивающего импульсный трансформатор ИТ рис.34.3,б При равенстве намагничивающих сил IcW1 и IуW3 в момент θ=ά сердечник трансформатора ИТ перемагничивается и на обмотке W2 возникает импульс напряжения Uит.

Напряжение на ИТ рис.34.3,а подается от генератора переменного тока ГПТ и предварительного усилителя ПУ. Как и в предыдущем случае, полученный сигнал подается на формирователь импульсов ФИ, в качестве которого может использоваться ждущий блокинг-генератор, маломощный тиристорный усилитель и т.п.

При горизонтальном управлении управляющий импульс формируется в момент перехода синусоидального напряжения через ноль, а изменение его фазы обеспечивается изменением фазы синусоидального напряжения, то есть смещением этого напряжения по горизонтали. Оно не нашло широкого распространения.

Поскольку для управления тиристорами требуется предварительное усиление, то в динамическом отношении тиристорный усилитель может быть представлен в виде произведения передаточных функций трех типовых звеньев – входного усилителя, тиристорного преобразователя и нагрузки:

Рисунок 34.3. – Управление с помощью импульсных трансформаторов: а – структурная схема устройства; б – схема импульсного трансформатора; в – графики изменения сигналов

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

ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗО-ИМПУЛЬСНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ ВЫПРЯМИТЕЛЕМ

 

От выпрямителей часто требуется не только преобразовывать переменное напряжение в постоянное, но и плавно изменять значение выпрямленного напряжения. Управлять выпрямленным напряжением можно как в цепи переменного напряжения, так и в цепи выпрямленного тока. При управлении в цепи переменного напряжения применяют специальные регулируемые трансформаторы (автотрансформаторы, трансформаторы с подвижными обмотками, с подмагничиванием сердечника и др.). Управление выпрямителем может также осуществляться с помощью реостатов или потенциометров, включаемых в цепи постоянного или переменного тока. Однако, подобные способы управления выпрямленным напряжением (током) при их относительной простоте имеют низкий к.п.д., большие массу, габариты и стоимость.

Более экономичным и удобным является управление выпрямленным напряжением (током) в процессе выпрямления, так называемое управляемое выпрямление.

Управляемые выпрямители чаще всего строятся на тиристорах.

Тиристорами называют управляемые полупроводниковые приборы на основе многослойных (четыре слоя или более) р-n структур, способные под действием сигналов управления переходить из закрытого (непроводящего) состояния в открытое (проводящее).

Наиболее распространенная разновидность тиристора основана на четырехслойной р-n-р-n структуре. Условно-графическое изображение такого тиристора приведено на рис. 3.1. Электроды прибора называются: А – анод, К – катод, УЭ – управляющий электрод.

 

 

 

а б в

 

Рисунок 3.1 – Тиристор управляемый по катоду (а), управляемый по аноду (б) и схема включения тиристора (в)

 

Если включить тиристор в электрическую цепь (рис. 3.1, в), то при нулевом сигнале на управляющем электроде ток в цепи будет отсутствовать

(I = 0). Это связано с тем, что в закрытом состоянии сопротивление тиристора очень велико. Если на управляющий электрод подать отпирающий импульс положительной полярности, то тиристор открывается и через нагрузку RН начинает протекать ток. Падение напряжения на включенном тиристоре мало (UПР.ОТКР = 1 – 3 В), поэтому анодный ток после включения определяется выражением

IН » UП/ RН

 

Важнейшей особенностью тиристора является то, что после его включения открытое состояние сохраняется вне зависимости от наличия сигнала на управляющем электроде. Выключить тиристор можно только в результате снижения анодного напряжения до нуля или до отрицательного значения (UП £ 0) или прерывания анодного тока. Управляющая цепь выполняет только одну функцию – включение тиристора. Такой тип тиристора является наиболее распространенным и называется однооперационным или незапираемым.

Существуют также двухоперационные (запираемые) тиристоры. В этих приборах при подаче отрицательного импульса на управляющий электрод возможно осуществить запирание анодного тока. Требуемая мощность запирающего управляющего импульса значительно выше мощности отпирающего импульса.

Если включить тиристор в электрическую цепь с источником переменного напряжения, то тиристор будет проводить ток в каждый положительный полупериод («+» подведен к аноду) при условии подачи управляющего импульса вначале каждого положительного полупериода. Изменяя момент подачи управляющего импульса, то есть угол сдвига момента подачи управляющего импульса относительно начала положительного полупериода, можно управлять средним значением тока и напряжения на нагрузке. Этот угол сдвига обозначают a и называют углом открытия (включения) тиристора.

Управляемый тиристорный выпрямитель содержит (рис. 3.2, а) трансформатор Т, выпрямительный блок на тиристорах VS и блок фазового управления БФУ.

В зависимости от назначения выпрямителя выпрямительный блок может строиться по однополупериодной, однофазной или трехфазной мостовой, шестифазной с уравнительным реактором, кольцевой и другим схемам.

Блок фазового управления обеспечивает формирование управляющих импульсов и их фазовое регулирование. Число каналов управления равно числу тиристоров выпрямительного блока. Изменение фазы импульсов может осуществляться ручным регулятором или автоматически в зависимости от сигналов обратной связи.

Если нагрузка работает на переменном токе, то она включается в сеть через пару (или несколько пар при многофазной нагрузке) встречно-параллельно включенных тиристоров (рис. 3.2, б).

Рисунок 3.2 – Структурная схема тиристорного выпрямителя (а) и управления нагрузкой, работающей на переменном токе

 

Блоки фазового управления могут строится по различным схемам. Основными являются схемы с использованием фазосдвигающей цепочки (фазовращателя) и схемы, использующие ток, называемый вертикальным принципом управления.

На рис. 3.3 приведена схема импульсно-фазового управления однополупериодным, однофазным выпрямителем с мостовым фазовращателем.

 

 

Рисунок 3.3 – Схема однофазного однополупериодного выпрямителя с

импульсно-фазовым управлением

 

В состав мостового фазовращателя входят: вторичная обмотка трансформатора Т1, содержащая две одинаковые части W2 = W3 c выводом от средней точки, конденсатор С1 и резистор R1. Обозначим напряжения на обмотках трансформатора U3 и U4, напряжение на конденсаторе UС, а напряжение на резисторе UR. Очевидно, что

 

`U2 +`U3 =`Uав = `UС +`UR

 

Напряжения U3 и U4 совпадают по фазе между собой и с напряжением на обмотке W2, от которой питается цепь нагрузки тиристорного выпрямителя. Напряжение на конденсаторе UС отстает по фазе от напряжения на резисторе UR на 90°. Векторная диаграмма напряжений фазовращателя приведена на рис. 3.4.

Рисунок 3.4 – Векторная диаграмма фазовращателя

 

Так как векторы напряжений `UС и`UR сдвинуты на 90° и сумма их при любых значениях UC и UR`постоянна, то точка сложения этих векторов (точка d) лежит на окружности радиуса R = U3 = U4. Выходное напряжение фазовращателя Uфв = Uсd на векторной диаграмме отображается вектором `Ucd. Этот вектор сдвинут относительно напряжений U3 и U4, а значит и U2 на угол a. Изменяя величину сопротивления резистора R1 или емкость конденсатора C1, можно изменять угол a. Обычно переменным выполняют резистор R1. При R1®0, a ® 0, а при R ® ¥, a ® 180°. При этом амплитуда напряжения Uсd остается постоянной Uсd = U3 = U4.

Напряжение с выхода фазовращателя Uфв = Uсd поступает на вход усилителя – ограничителя на транзисторе VT1. Параметры усилителя выбираются таким образом, что режим насыщения транзистора в отрицательный полупериод UФВ и режим отсечки в его положительный полупериод достигаются при напряжении фазовращателя многократно меньшем амплитудного. Поэтому на выходе усилителя получаем трапецеидальные (близкие к прямоугольным) импульсы напряжения UКЭ. Далее эти импульсы дифференцируются цепочкой R2C2 и через диод VD1 подаются на управляющий электрод тиристора. После дифференцирования получаем короткие двуполярные импульсы, а диод VD1 пропускает на управляющую цепь тиристора только положительные импульсы.

Трапецеидальные и управляющие импульсы сдвигаются по фазе относительно сетевого напряжения вместе с выходным напряжением фазовращателя. Угол сдвига фаз a между анодным напряжением и напряжением, подаваемым на управляющий электрод тиристора определяет угол включения тиристора.

Временные диаграммы напряжений однофазного однополупериодного управляемого выпрямителя для a = 0 и a = 90° приведены на рис. 3.5.

 

Рисунок 3.5 – Временные диаграммы напряжений: на аноде Uа, на выходе фазовращателя UФВ, на коллекторе транзистора UКЭ, на управляющем электроде тиристора UУ и на нагрузке UН при a = 0 и a = 90°

 

Среднее значение напряжения на нагрузке без учета потерь на тиристоре определится по формуле

 

, (3.1)

 

где U2m – амплитудное значение переменного напряжения, поданного на анодную цепь тиристора.

 


Узнать еще:

Схема на тиристорах, помогите разобраться. — Электроника

Всем братский салам!

Исказит.. Нет чудес — так тиристор работает…

«Вы просто не умеете их готовить!» Есть такая штука, как «длинный ШИМ». В Сети куча схем, правда большинство на контроллерах, но есть и на дискретных элементах. Идея проста. Если взять частоту 50 Гц, то длительность одного периода 20 mс. Так вот, если пропускать только один период за секунду (каждую секунду), при этом ПОЛНОСТЬЮ открывая тиристор, то синусоида практически не исказиться, но потребляемая мощность будет минимальна. И, постепенно, добавляя по периоду до 50-ти, мы получим максимальную потребляемую мощность. Это в идеале. На практике (я как-то делал на дискретных элементах) добавляется сразу несколько периодов, но тем не менее регулировка довольно плавная. Но есть и минус (из-за этого, собственно, я от них и отказался). Если на предприятии довольно слабая сеть, а таких (по крайне мере у нас, на Украине) большинство, то СВЕТОмузыка в пределах цеха/завода вам обеспечена. У меня, при работе 200 кВт печи, как-то замигало нехилое предприятие, а куча станков просто остановилась. Такие дела. А так — да, тиристор режет синусоиду. Но тут главное, чтобы куски положительных и отрицательных полу-волн были одинаковы по площади и, желательно, симметричны.

И ещё. Вы, bullfinch, несколько погорячились, написав

Для регулирования даже лампочки … не годится — мигание будет.

На лампочках мигания не будет. Поскольку лампа накаливания достаточно инерционный потребитель, то будет плавная регулировка яркости, во всяком случае при углах более 45 градусов. И чтобы не начинать очередных дебатов, у меня есть видео работы такой схемы. Пороюсь в архивах — выложу на сайте. Дело в том, что при наладки ТВЧ (в некоторых как раз используется фазоимпульсный принцип управления мощностью установки) одной из стандартных процедур является проверка тиристорного управления на лампах накаливания. Так вот, при проведении этой проверки ЛАМПЫ НЕ МИГАЮТ, а просто плавно изменяют свою яркость. Хотя синусоида и режется. Это при встречно-параллельно включенных тиристорах. Я лично (в своих разработках) использую пару тиристор-диод. Эффект тот же.

Что же касается Вашей схемы mugambo2005, то Вам же evgen.dudrov написал

но для этого необходим дроссель , ( весом килограмм этак 30 — 50 и размерами со сварочный трансформатор , сюрприз однако ) .

Поэтому, если Вы посмотрите на свою схему, то увидите там L1, это он и есть. Называется — реактор. А вес Вам озвучили. Изменено пользователем Cкиталец

ФАЗОИМПУЛЬСНОЕ УПРАВЛЕНИЕ СТАТИЧЕСКИМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД В ПРОКАТНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Для изменения величины среднего выпрямленного напряжения» подводимого к двигателю, наибольшее распространение получил фазоимпульсный способ управления статическими преобразова­телями (СП), обеспечивающий формирование последовательности

Рис. 50. Структурная схема системы вертикального фазо-импульсного угсравле — • ния (д), графики фазового и выпря-мленного напряжений (б), напряжений сравне­ния Uy и £/пн (в), напряжения’промежуточного усилителя Un у (г), напряжения отпирающего, импульса £/ф и (д)>.

управляющих импульсов, фаза которых в зависимости от входного сигнала системы управления изменяется относительно анодного напряжения СП. ‘ ‘

• Для надежного включения СП управляющие импульсы должны иметь. определенные параметры по величине напряжения, тока, длительности, ширине и крутизне — переднего фронта.

‘ ‘ Одним-из наиболее распространенных. способов управления фазой отпирающего импульса является так называемый верти­кальный принцип, обеспечивающий широкий диапазон изменения фазы. и практически безынерционность управления/

Структурная схема системы вертикального управления и диа­граммы, поясняющие принцип ее работы, приведены на рис. 50.

Вертикальное управление основано на том, что на входе усили­теля У производится сравнение регулируемого постоянного упра­вляющего напряжения, Uy с периодически изменяющимся (обычно пилообразным или синусоидальным) напряжением U„ ,, (опор­ным напряжением), вырабатываемым узлом У ПН и синхронизи­рованным с питающей сетью преобразователя U-. В момент равен­ства напряжений Uy и Un u (разность напряжений меняет свой знак) усилитель У вырабатывает на выходе управляющий импульс, который усиливается промежуточным усилителем ПУ (Un у).

Выходной сигнал £/„ у промежуточного усилителя ПУ посту­пает на формирователь импульсов ФИ, который генерирует на выходе управляющий импульс £/ф. „ требуемой мощности, крутизны и ширины для статического преобразователя.

Изменение фазы управляющего импульса £/ф, и (изменение средневыпрямленного напряжения Uс,,) достигается изменением регулируемого постоянного управляющего напряжения Uy (на рис. 50 показано изменение фазы £/ф. и для двух величин управля­ющего напряжения).

Системы управления фазой отпирающего импульса по верти­кальному принципу обеспечивают получение диапазона измене­ния фазы от нуля до 160—250° и могут быть идентичными для управления УРВ и тиристорами и в то же время различными. Как указывалось, длительность сеточного импульса для УРВ должна быть равна продолжительности горения анода (для большинства схем 120°), а при управлении тиристорами продолжительность ‘импульса составляет 100—200 мкс при значительно меньшей мощ­ности управления и при отсутствии запирающего напряжения. Во избежание повреждения управляющего перехода параметры управляющего импульса тиристоров не должны превышать пре­дельных значений напряжения и силы тока (например, для тири — сторов ВКДУ /ушах = 10А, Uy! rax = 40В).

Система вертикального управления СП состоит из одинаковых каналов управления на каждый анод. Каждый канал управления имеет все элементы, изображенные на структурной схеме рис. 50, а.

ЧАСТОТНЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

■Ч- В случае подачи на вход разомкнутой одноконтурной системы гармониче­ского колебания синусоидального типа с угловой частотой ш (для удобства сину­соидальную функцию, изображаемую на комплексной плоскости вектором, за­меняют показательной функцией с …

ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМОВ

В замкнутых системах автоматического управления под дей­ствием различных возмущений возникает переходный процесс, характеризующий переход системы из одного установившегося состояния к другому. Характер переходного процесса зависит от свойств и характеристик системы, …

ТИРИСТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Электромашинные преобразователи частоты включают вра­щающиеся электрические машины, имеют механический метод управления частотой, громоздки в своем исполнении. Развитие силовой полупроводниковой техники привело к созданию регули­руемых электроприводов переменного тока, получающих питание от …

Продажа шагающий экскаватор 20/90

Цена договорная
Используются в горнодобывающей промышленности при добыче полезных ископаемых (уголь, сланцы, руды черных и
цветных металлов, золото, сырье для химической промышленности, огнеупоров и др.) открытым способом. Их назначение – вскрышные работы с укладкой породы в выработанное пространство или на борт карьера. Экскаваторы способны
перемещать горную массу на большие расстояния. При разработке пород повышенной прочности требуется частичное или
сплошное рыхление взрыванием.
Вместимость ковша, м3 20
Длина стрелы, м 90
Угол наклона стрелы, град 32
Концевая нагрузка (max.) тс 63
Продолжительность рабочего цикла (грунт первой категории), с 60
Высота выгрузки, м 38,5
Глубина копания, м 42,5
Радиус выгрузки, м 83
Просвет под задней частью платформы, м 1,61
Диаметр опорной базы, м 14,5
Удельное давление на грунт при работе и передвижении, МПа 0,105/0,24
Размеры башмака (длина и ширина), м 13 х 2,5
Рабочая масса, т 1690
Мощность механизма подъема, кВт 2х1120
Мощность механизма поворота, кВт 4х250
Мощность механизма тяги, кВт 2х1120
Мощность механизма хода, кВт 2х400
Мощность сетевого двигателя, кВ 2х1600
Напряжение питающей сети, кВ 6
Более детальную информацию можете получить по телефону (063)0416788

Регулятор мощности на таймере 555

PWM регулятор от 0% до 100% на NE555. Новое схемное решение.

Автор: Simurg, [email protected]
Опубликовано 05.09.2017
Создано при помощи КотоРед.

Очень удобно регулировать мощность в нагрузке и ее включать/отключать только одним элементом управления. В представленном варианте регулятора можно полностью выключить, полностью включить и плавно регулировать мощность одним переменным резистором.

Также схема позволяет регулировать мощность внешним напряжением с плавающим максимальным уровнем, который можно задать в пределах от 5 вольт до 12 вольт стабилитроном (его нужно исключить из схемы, если предполагается регулировать только переменным резистором, а не напряжением извне).

Частоту можно задать в широких пределах от 1 Гц до 300 кГц с помощью RC цепи. Метод регулирования мощности комбинированный: ШИМ/ЧИМ. Частота не фиксирована. С повышением мощности частота снижается логарифмически со значительным снижением частоты в почти максимуме.

Плата получается очень компактной:

Схема выполнена на самых дешевых и распространенных компонентах и функционально состоит из двух частей: сам регулятор и драйвер полевых транзисторов.

И сокращенная схема если регулировать переменным резистором:


Регулятор: Особенность схемного решения регулятора заключается в понижении питания таймера на 1,2-1,7 вольт относительно его максимального напряжения задания на выводе 4 и 5. Когда необходимо включить нагрузку полностью, то подают напряжение выше на 1, 2 вольта относительно питания. При этом на выходе 3 устанавливается постоянно высокий уровень. И если надо нагрузку выключить, то подают 0…0,7 вольта на вывод 4 и 5, через 4 вывод на вход сброса подается низкий уровень и таймер на выходе 3 устанавливает постоянно низкий уровень.
Для подавления дребезга (многократного включения/выключения выхода на максимально возможной частоте таймера), который возникает при регулировании около «0» на коротком участке, используется небольшая ПОС резистором «антидребезг» от 4,7к до 20к в зависимости от степени подавления.

Драйвер: Состоит из таймера и повторителя. Управление таймером через вывод 4 сброса. При таком включении используется только выходной каскад, отключая всю остальную часть. Этим обеспечивается максимальна частота переключения, которая может достигать 500 кГц.

Снабберная цепь в стоке-истоке выходных транзисторов, примерно подбирается в зависимости от частоты. Ток ограничен максимально допустимым током выходных транзисторов.

Автор: Radioelectronika-Ru · Опубликовано 09.10.2017 · Обновлено 20.03.2018


В предлагаемой схеме регулятора мощности коммутирующим элементом является симистор (триак). В радиолюбительской литературе авторы конструкций в основном применяют фазоимпульсное управление, когда момент открывания полупроводникового ключа (тиристора, симистора) определяется подачей напряжения на управляющий электрод, а закрывание происходит тогда, когда ток через прибор становится меньше тока удержания. В описываемой схеме регулятора мощности автор остановился именно на таком принципе управления симистором. В отличие от ранее предложенных в литературе схем управления, в предлагаемой конструкции применен более эффективный способ привязки отсчёта времени задержки включения симистора к моменту перехода сетевого напряжения через ноль и более точная выдержка этой временной задержки.

Схема регулятора мощности, о котором идет речь, показана на рис.1.
Напряжение питания схемы регулятора мощности, в виду малого потребления, ограничивается с помощью гасящего конденсатора С1. Резистор R1 необходим в первоначальный момент включения устройства в сеть, для ограничения тока через диодный мост VD1-VD4, когда конденсатор ещё не заряжен. Мост выпрямляет ток, а стабилитрон VD9 обеспечивает стабилизацию напряжения питания узла, управляющего моментом включения симистора. Конденсатор С2 необходим для сглаживания пульсаций этого напряжения.

С помощью диодного моста VD5-VD8, транзистора VT1, оптрона DA1 и сопутствующих радиокомпонентов осуществляется очень точная привязка момента перехода сетевого напряжения через ноль. Этот узел позаимствован из статьи [1]. Кратко рассмотрим его работу. Резисторы R2 и R3 гасят излишек сетевого напряжения, так как далее используются низковольтные компоненты. В статье [1 ] предлагалось использовать SMD-резисторы типоразмера 1206, но автор не решился на такой эксперимент. Далее напряжение сети преобразуется диодным мостом в полуволны, следующие с частотой 100 Гц, а стабилитрон VD10 ограничивает их по амплитуде уровнем, который необходим для работы каскада на транзисторе VT1, формируя трапецеидальные импульсы. Резистор R4 немного «подгружает» мост. При приходе каждого трапецеидального импульса конденсатор СЗ заряжается через диод VD11. Когда напряжение на срезе трапецеидального импульса становится ниже, чем напряжение на конденсаторе СЗ, открывается транзистор VT1. Конденсатор СЗ разряжается через ограничивающий резистор R5, участок Э-К VT1 и светоизлучающий диод оптрона DA1. При этом формируется импульс длительностью несколько сотен микросекунд. Импульс возникает примерно за 200 мкс до перехода сетевого напряжения через ноль. Оптрон DA1 увеличивает крутизну импульса и инвертирует его. Потребляемая этим узлом мощность не превышает 200 мВт.

Задержку включения симистора относительно перехода сетевого напряжения через ноль выполняет микросхема популярного таймера-генератора DA2 типа 555. На этой микросхеме выполнен регулируемый одновибратор, генерирующий на своем выходе импульсы высокой точности по длительности. Он запускается по входу «TRIGGER» входным отрицательным импульсом. При этом на выходе «OUTPUT» после запуска устанавливается напряжение, немного не доходящее до напряжения питания. Через вход оптрона DA3 и светодиод HL1 ток не протекает. Через резисторы R7 и R8 заряжаются конденсаторы С4-С6. Когда напряжение на них достигнет уровня 2/3 напряжения питания, по входу «THRESOLD» таймер переключится в противоположное состояние, то есть на выходе будет напряжение близкое к напряжению общей шины. На выходе «-DISCHARGE» также устанавливается низкое напряжение. Конденсаторы С4-С6 через внутренний транзистор микросхемы разряжаются на общую шину. Таким образом формируется высокостабильные по длительности импульсы. Стабильность их в основном зависит от временной и температурной стабильности применённых конденсаторов и резисторов R7 и R8. Резистор R7 позволяет изменять длительность времени задержки появления на выходе таймера низкого напряжения. В момент установления на выводе «OUTPUT» этого напряжения, через вход оптрона DA3 и светодиод HL1 начинает протекать ток. Тиристорный оптрон включается, подавая на управляющий вход G симистора VS1 открывающее напряжение. В результате чего триак коммутирует мощную нагрузку.

На первый взгляд может показаться, что схема регулятора мощности сложна, но более простые схемы, предлагаемые радиолюбителями, страдают одним существенным недостатком: гистерезисом регулировочной характеристики. Устранение гистерезиса схемотехническими способами приводит к их усложнению, не уступающему сложности рассмотренной выше схемы. Промышленные схемы регуляторов мощности в большинстве своем еще сложнее. Проще схемы, которые обладают высокими эксплуатационными характеристиками, только выполненные на микроконтроллерах. Для этого, правда, надо написать еще программу, а при ее наличии микроконтроллер надо запрограммировать программатором, но не у всех радиолюбителей он имеется.

Конструкция и детали. В предлагаемой схеме регулятора мощности необходимо использовать заведомо исправные радиоэлементы, в противном случае придется потратить время на поиск неисправности. В конструкции применены постоянные резисторы типа МЛТ, не менее указанной на схеме мощности, которые можно заменить аналогичными импортными. Переменный резистор типа СПЗ-4аМ. Конденсатор С1 пленочный импортный или отечественный типа К73-17. Конденсаторы СЗ-С7 импортные керамические, но конденсаторы С4-С6 лучше использовать отечественные типа К73-9 или К73-17 на напряжение 63 или 100 В. Они более габаритные, но и более стабильные. Электролитический конденсатор С2 импортный, например, фирмы HITANO. Диод VD11 можно заменить отечественным КД522Б. Диодные мосты можно заменить отдельными диодами, выдерживающими обратное напряжение не менее 400 В и прямой постоянный ток 0,3 А, например 1N4004. Светодиод может быть любого цвета свечения, как импортный типа RL50-YG213, зеленый, так и отечественный АЛ307Б. Транзистор VT1 заменяется отечественным КТ3107. Оптопарам DA1 и DA3 отечественных аналогов нет. Микросхему таймера можно заменить на КР1006ВИ1. Триак можно применить и более мощный типа ВТ139-600Е с максимальным допустимым током 16 А, всё зависит от применяемой нагрузки.

Все детали, исключая триак, размещены на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм размерами 80×110 мм. Чертеж печатной платы показан на рис.2, а размещение радиокомпонентов – на рис.3. На плате имеются отверстия для крепления радиатора. Радиатор использован от изделия «Устройство регулировки температуры РТ-3». Размеры радиатора 70×40 мм. Радиатор имеет 8 ребер высотой 20 мм. Он установлен на втулках над переменным резистором в верхней части платы. Это сделано для того, чтобы тепловой поток от него не нагревал радиоэлементы. На радиаторе через изоляционную прокладку из слюды закреплен симистор VS1. Выводы его соединены с одноименными отверстиями на плате с помощью провода МГТФ. Монтаж внутри корпуса также выполнен этим проводом. Вся конструкция (см. фото в начале статьи) установлена в корпусе от «Устройства регулировки температуры РТ-3».

Налаживание. Собранный из заведомо исправных деталей регулятор мощности, как правило, не нуждается в налаживании. Все перепайки и замены элементов необходимо производить только при извлечённой вилки сетевого шнура из розетки бытовой сети. В противном случае можно получить поражение электрическим током, так как элементы конструкции находятся под потенциалом сети. Ввиду разброса номиналов резисторов R7, R8, в некоторых случаях понадобится подбор конденсаторов С5, С6. Для этого включают в качестве нагрузки лампу накаливания. Резистором R8 изменяют напряжение на лампе и наблюдают за изменением яркости ее свечения. Если в крайнем левом положении резистора R8 происходит мерцание лампочки, то надо уменьшить ёмкость конденсаторов С5, Сб. При тщательной настройке можно добиться того, что яркость лампочки будет изменяться от полного погасания до максимальной. Если предполагается регулировать напряжение на нагревательном элементе, то добиваться такого низкого напряжения нет смысла.

В процессе эксплуатации устройства выяснилось, что оно является источником сильных радиопомех. Вследствие этого на сетевой шнур у ввода в корпус необходимо установить помехоподавляющий фильтр. Промышленность предлагает, а некоторые магазины электронных товаров имеют в наличии такие фильтры, состоящие из нескольких ферритовых колец, через отверстие внутри которых пропускается сетевой шнур.
Регулятор напряжения используется автором для регулирования мощности ТЭНов 2-конфо-рочной электроплитки «МЕЧТА». При этом отпала необходимость использовать штатные четырехпозиционные регуляторы мощности плитки.

Литература
1. Luca Matteini. Детектор перехода сетевого напряжения через ноль с минимальным количеством высоковольтных компонентов // Радиолоцман. – 2011. – №12. – С.65-67.

От редакции. Рассмотренное в статье устройство имеет ряд недостатков, о которых не упомянул автор. Его нельзя использовать для регулировки мощности устройств, содержащих электронные схемы: энергосберегающих (люминесцентных) ламп, устройств, содержащих электронные трансформаторы, светодиодных осветительных приборов со специализированными микросхемами управления и т.д. Второй из существенных недостатков – это отсутствие гальванической развязки устройства управления и сети при наличии в схеме устройства двух, так называемых, оптоизоляторов DA1 и DA3. Даже в случае качественной изоляции корпуса прибора возможен электрический пробой в потенциометре R7 между движком и осью, случайное прикосновение к которой может привести к поражению электрическим током.
Последний недостаток легко устраним. Для этого достаточно подавать на выпрямительные мосты переменное напряжение через небольшой трансформатор, а не непосредственно от сети. Это несколько усложнит схему регулятора мощности и увеличит габариты устройства, но зато обеспечит безопасность работы с ним.

Регулировка оборотов электродвигателей в современной электронной технике достигается не изменением питающего напряжения, как это делалось раньше, а подачей на электромотор импульсов тока, разной длительности. Для этих целей и служат, ставшие в последнее время очень популярными – ШИМ (широтно-импульсно модулируемые) регуляторы. Схема универсальная – она же и регулятор оборотов мотора, и яркости ламп, и силы тока в зарядном устройстве.

Схема ШИМ регулятора

Указанная схема отлично работает, печатная плата прилагается.

Без переделки схемы напряжение можно поднимать до 16 вольт. Транзистор ставить в зависимости от мощности нагрузки.

Можно собрать ШИМ регулятор и по такой электрической схеме, с обычным биполярным транзистором:

А при необходимости, вместо составного транзистора КТ827 поставить полевой IRFZ44N, с резистором R1 – 47к. Полевик без радиатора, при нагрузке до 7 ампер, не греется.

Работа ШИМ регулятора

Таймер на микросхеме NE555 следит за напряжением на конденсаторе С1, которое снимает с вывода THR. Как только оно достигнет максимума – открывается внутренний транзистор. Который замыкает вывод DIS на землю. При этом на выходе OUT появляется логический ноль. Конденсатор начинает разряжаться через DIS и когда напряжение на нем станет равно нулю – система перекинется в противоположное состояние — на выходе 1, транзистор закрыт. Конденсатор начинает снова заряжаться и все повторяется вновь.

Заряд конденсатора С1 идет по пути: «R2->верхнее плечо R1 ->D2«, а разряд по пути: D1 -> нижнее плечо R1 -> DIS. Когда вращаем переменный резистор R1, у нас меняются соотношения сопротивлений верхнего и нижнего плеча. Что, соответственно, меняет отношение длины импульса к паузе. Частота задается в основном конденсатором С1 и еще немного зависит от величины сопротивления R1. Меняя отношение сопротивлений заряда/разряда – меняем скважность. Резистор R3 обеспечивает подтяжку выхода к высокому уровню — так так там выход с открытым коллектором. Который не способен самостоятельно выставить высокий уровень.

Рекомендации по сборке и настройке

Диоды можно ставить любые, конденсаторы примерно такого номинала, как на схеме. Отклонения в пределах одного порядка не влияют существенно на работу устройства. На 4.7 нанофарадах, поставленных в С1, например, частота снижается до 18кГц, но ее почти не слышно.

Если после сборки схемы греется ключевой управляющий транзистор, то скорее всего он полностью не открывается. То есть на транзисторе большое падение напряжения (он частично открыт) и через него течет ток. В результате рассеивается большая мощность, на нагрев. Желательно схему параллелить по выходу конденсаторами большой емкости, иначе будет петь и плохо регулировать. Чтобы не свистел – подбирайте С1, свист часто идет от него. В общем область применения очень широкая, особенно перспективным будет её использование в качестве регулятора яркости мощных светодиодных ламп, LED лент и прожекторов, но про это в следующий раз. Статья написана при поддержке ear, ur5rnp, stalker68.

Управление мощной нагрузкой переменного тока / Хабр

Все знают, насколько ардуинщики гордятся миганием лампочками

Так как мигать светодиодами не интересно, речь пойдет про управление лампой накаливания на 220 вольт, включая управление её яркостью. Впрочем, материал относится и к некоторым другим типам нагрузки. Эта тема достаточно избита, но информация об особенностях, которые необходимо учесть, разрозненна по статьям и темам на форумах. Я постарался собрать её воедино и описать различия между схемами и обосновать выбор нужных компонентов.

Выбор управляемой нагрузки

Существует много различных типов ламп. Не все из них поддаются регулировке яркости. И, в зависимости от типа лампы, требуются разные способы управления. Про типы ламп есть хорошая

статья

. Я же буду рассматриваться только лампы, работающие от переменного тока. Для таких ламп существует три основных способа управления яркостью (диммирование по переднему фронту, по заднему фронту и синус-диммирование).


Иллюстрация в формате SVG, может не отображжаться в старых браузерах и, особенно, в IE

Отличаются они тем, какая часть периода переменного тока пропускается через лампу. О применимости этих методов можно прочитать

тут

. В этой статье речь пойдет только о диммировании по преднему фронту, так как это самая простой и распространенный способ. Он подходит для управления яркостью ламп накаливания (включая галогенные), в том числе подключенных через ферромагнитный (не электронный) трансформатор. Эта же схема может применяться для управления мощностью нагревательных элементов и, в некоторой степени, электромоторов, а также для включения/выключения других электроприборов (без управления мощностью).

Выбор элементной базы

Различных вариантов схем управления нагрузкой в интернете много. Отличаются они по следующим параметрам:Первые два пункта определяются элементной базой. Очень часто для управления нагрузкой используют реле, как проверенный многолетним опытом элемент. Но, если вы хотите управлять яркостью лампы, её необходимо включать и выключать 100 раз в секунду. Реле не рассчитаны на такую нагрузку и быстро выйдут из строя, даже если смогут переключаться так часто. Если в схеме используется MOSFET, то его можно открывать и закрывать в любой момент. Нам нем можно построить и RL, и RC, и синус димер. Но так как он проводит ток только в одну сторону, понадобится два транзистора на канал. Кроме того, высоковольтные MOSFET относительно дороги. Самым простым и дешевым способом является использование симистора. Он проводит ток в обоих направлениях и сам закрывается, когда через него прекращает течь ток. Про то, как он работает можно прочитать в

статье DiHalt’а

. Далее я буду полагаться на то, что вы это знаете.

Фазовая модуляция

Чтобы управлять яркостью лампы нам нужно подавать импульсы тока на затвор симистора в моменты, когда ток через симистор достигает определенной величины. В схемах без микроконтроллера для этого применяется настраиваемый делитель напряжения и динистор. Когда напряжение на симисторе превышает порог, при котором открывается динистор, ток проходит на затвор симистора и открывает его.

Если же управление ведется с микроконтроллера, то возможны два варианта:

  1. Подавать импульсы равно в тот момент времени, когда нужно. Для этого придётся завести на микроконтроллер сигнал с детектора перехода напряжения через ноль
  2. К затвору симистора подключить компаратор, на который завести сигнал с делителя напряжения и с аналогового выхода микроконтроллера

Первый способ хорош тем, что позволяет легко организовать гальваническую развязку высоковольтной части и микроконтроллера. О её важности будет сказано позже. Но любители arduino будут огорчены: чтобы лапа горела ровно, не вспыхивая и не погасая, импульсы нужно подавать вовремя. Для этого управлять выводом нужно из прерывания таймера, а моменты перехода напряжения через ноль фиксировать с помощью «input capture». Это «недокументированные» функции. Проблема решается отказом от библиотек arduino и внимательным чтением datasheet’а на процессоры avr. Это не так сложно, как кажется.

Второй способ управления симистором крайне прост в программном плане, но из-за отсутствия гальванической развязки я бы не стал его применять.

Гальваническая развязка

Самый простой способ управлять симистором — это подключить к затвору ножку микроконтроллера. Есть даже специальная серия симисторов BTA-600SW управляемых малыми токами.Но тогда контроллер и вся низковольтная часть не будет защищена от помех, гуляющих по бытовой сети. Некоторое из них могут быть достаточно мощными, чтобы сжечь микроконтроллер, другие будут вызывать сбои. Кроме того, сразу возникают проблемы со связью микроконтроллера с компьютером или другими микроконтроллерами: нужно будет делать развязку в линии связи или использовать дифференциальные линии, ведь, чтобы управлять симистором прямо с ноги микроконтроллера, нулевой потенциал для него должен совпадать с потенциалом нуля в бытовой сети. У компьютера или другого такого же микроконтроллера, подключенного в другой точке сети, нулевой потенциал почти наверняка будет другим. Результат будет плачевным.

Простой способ обеспечить гальваническую развязку: использовать драйвер симистора MOC30XX. Эти микросхемы отличаются:

  1. Расчетным напряжением. Если для сетей 110 вольт, есть для 220
  2. Наличием детектора нуля
  3. Током, открывающим драйвер

Драйвер с детектором нуля (MOC306X) переключается только в начале периода. Это обеспечивает отсутствие помех в электросети от симистора. Поэтому, если нет необходимости управлять выделяемой мощностью или управляемый прибор обладает большой инерционностью (например это нагревательный элемент в электроплитке), драйвер с детектором нуля будет оптимальным выбором. Но, если вы хотите управлять яркостью лампы освещения, необходимо использовать драйвер без детектора нуля (MOC305X) и самостоятельно открывать его в нужные моменты.

Ток, необходимый для открытия важен, если вы хотите управлять несколькими нагрузками одновременно. У MOC3051 он 15 мА, у MOC3052 10мА. При этом микроконтроллеры stm могут пропускать через себя до 80-120 мА, а avr до 200 мА. Точные цифры нужно смотреть в соответствующих datasheet’ах.

Устойчивость к помехам/возможность коммутации индуктивной нагрузки

В электросети могут быть помехи, вызывающие самопроизвольное открытие симистора или его повреждение. Источником помех может служить:

  1. Нагрузка, управляемая симистором (обмотка мотора)
  2. Фильтр (snubber), расположенный рядом с симистором и призванный его защищать
  3. Внешняя помеха (грозовой разряд)

Помеха может быть как по напряжению, так и по току, причем более критичны скорости изменения соответствующих значений, чем их амплитуды. В datasheet’ах соответствующие значения указаны как:


V

— максимальное напряжение, при котором может работать симистор. Максимальное пиковое напряжение не намного больше.


I

— Максимальный ток, который может пропускать через себя симистор. Максимальный пиковый ток как правило значительно больше.


dV/dt

— Максимальная скорость изменения напряжения на закрытом симисторе. При превышении этого значения он самопроизвольно откроется.


dI/dt

— Максимальная скорость изменения тока при открытии симистора. При превышении этого значения он

сгорит

из-за того, что не успеет полностью открыться.


(dV/dt)c

— Максимальная скорость изменения напряжения в момент закрытия симистора. Значительно меньше dV/dt. При превышении симистор продолжит проводить ток.


(dI/dt)c

— Максимальная скорость изменения тока в момент закрытия симистора. Значительно меньше dI/dt. При превышении симистор продолжит проводить ток.

Подробно о природе этих ограничений и о том, как сделать фильтр, защищающий от превышения этих величин описано в

Application Note AN-3008

. К немо можно только добавить, что существуют 3Q симисторы, у которых значения dV/dt и dI/dt выше, чем у обычных за счет невозможности работать в 4ом квадранте (что обычно не требуется).

Выбор симистора

Максимальный ток коммутации

Максимальный ток коммутации ограничивается двумя параметрами: максимальным током, который может пропустить симистор и количеством тепла, которое вы можете от него отвести. С первым параметром все просто, он указан в datasheet’е. Но если посмотреть внимательно, то при токе в 16 ампер на BTA16-600BW выделяется около 20 ватт. Такую грелку уже не получится засунуть в коробку выключателя без вентиляции.

Минимальный ток коммутации

Симистор сохраняет проводимость до тех пор, пока через него идёт ток. Минимально необходимый ток указан в datasheet’е под именем latching current. Соответственно, слишком мощный симистор не сможет включать маломощную лампочку так как будет выключаться, как только с затвора пропадёт управляющий сигнал. Но так, как этот сигнал мы самостоятельно формируем микроконтроллером, то можно удерживать управляющий сигнал почти до самого конца полупериода, тем самым убрав ограничение на минимальную нагрузку. Однако, если не успеть снять сигнал, симистор не закроется и лампа не погаснет. При плохо подобранных константах лампы, работающие на не полной яркости периодически вспыхивают.

Изоляция

Симисторы в корпусе TO-220 могут быть изолированными или не изолированными. Я сначала сделал ошибку и купил BT137, в результате радиаторы охлаждения оказались под напряжением, что в моем случае нежелательно. Симисторы с маркировкой BTA изолированы, с маркировкой BTB нет.

Защита от перегрузки

Не стоит полагаться на автоматические выключатели. Посмотрите на

спецификацию

, при перегрузке в 1.4 раза автомат обязан выключиться

не ранее

, чем через час. А быстрое размыкание происходит только при перегрузке в 5 раз (для автоматов типа C). Это сделано для того, чтобы автомат не отключался при включении приборов, требующих при старте значительно больше энергии, чем при постоянной работе.2t. Задает количество теплоты, накопление которой в кристалле приведет к разрушению кристалла.

dI/dt ограничивается индуктивностью проводки и внутренней ёмкостью симистора. Так как dI/dt достаточно велика (50 А/с для BTA16), может хватить индуктивности подводящей проводки, если она достаточно длинная. Можно подстраховаться и добавить небольшую индуктивность в виде нескольких витков провода вокруг сердечника.

С превышением интеграла Джоуля можно бороться либо уменьшая время прохождения тока через симистор, либо ограничивая ток. Так как симистор не закроется, пока ток не перейдет через ноль, не вводя дополнительных размыкателей нельзя сделать время прохождения тока менее одного полупериода. В качестве такого размыкателя можно использовать:

  1. Быстродействующий плавкий предохранитель. Обычный предохранитель не подойдет так как симистор сгорит до того, как он сработает. Но стоят такие предохранители дороже новых симисторов.
  2. Геркон/реле. Если удастся найти такое, чтобы выдерживало кратковременные большие токи.

Можно пойти по другому пути. BTA16-600 может выдержать ток в 160 амер в течении одного периода. Если сопротивление замыкаемой цепи будет порядка 1.5 Ом, то полупериод он выдержит. Сопротивление проводки даст 0.5 Ом. Остается добавить в цепь сопротивление в 1 Ом. Схема станет менее эффективной и появится еще одна грелка, выделяющая при штатной работе до 16 Вт тепла (0.45 Вт при работе 100 ваттной лампы), зато симистор не сгорит, если успеть его вовремя выключить и позаботиться о хорошем охлаждении, чтобы оставался запас на нагрев во время КЗ.

Из этого сопротивления можно извлечь дополнительную выгоду: измеряя падение напряжения на нем, можно узнавать ток, протекающий через симистор. Полученное значение можно использовать для того, чтобы определять короткое замыкание или перегрузку и отключать симистор.

Заключение

Я не претендую на абсолютную верность всего написанного. Статья писалась для того, чтобы упорядочить знания, прочитанные на просторах интернета и проверить, не забыл ли я чего. В частности раздел, касающийся защиты от перегрузок я еще не опробовал на практике. Если я где-то не прав, мне было бы интересно узнать об ошибках.

В статье нет ни одной схемы: знакомые с темой и так знают их наизусть, а новичку придётся заглянуть в datasheet к MOC3052 или в AN-3008 и, возможно, он заодно узнает что-то еще и не будет бездумно реализовывать готовую схему.

регулятор возбуждения синхронного двигателя — патент РФ 2084075

Использование: В компрессорах, насосах и других установках в качестве электропривода. Сущность: в регуляторе возбуждения синхронного двигателя к обмотке возбуждения 5 подключены две пусковые цепи из последовательно соединенных пусковых диодов 16,17 и резистора 11 и пусковых тиристоров 13,14 и резистора 12 соответственно. Указанные резисторы соединены общим зажимом через защитный тиристор 15 с вторичной обмоткой 24 трансформатора 21 напряжения. К обмотке возбуждения 5 подключены параллельно полупроводниковые блоки 8,19. Параллельно выводам переменного тока блока 19 подключен тиристорный коммутатор 20. Вторичная обмотка 23 трансформатора напряжения 21 подключена к зажимам переменного тока выпрямительного блока 8. Устройство содержит реле 18 времени, подключенное к фазе В обмотки 2 статора двигателя и непосредственно к питающей сети 4 через автоматический выключатель 3. Нормально-открытые контакты 54, 55 реле времени включены в цепи управления тиристоров 44,45 выпрямительного блока 19, а нормативно закрытый контакт реле времени включен в систему управления коммутатора 20. Это позволяет повысить надежность работы двигателя в тяжелых пусковых и рабочих режимах. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

Формула изобретения

1. Регулятор возбуждения синхронного двигателя, содержащего трехфазную обмотку статора, две фазы которой предназначены для непосредственного подключения к питающей сети, и обмотку возбуждения, включающий в себя один полупроводниковый выпрямительный блок, подключенный зажимами постоянного тока к обмотке возбуждения двигателя, два пусковых резистора, два пусковых тиристора и защитный тиристор, отличающийся тем, что дополнительно в него введены два пусковых диода, реле времени, второй полупроводниковый выпрямительный блок, тиристорный коммутатор и трансформатор напряжения, выполненный трехобмоточным с одной первичной и двумя вторичными понижающими обмотками, одна из которых подключена к входным зажимам переменного тока первого полупроводникового блока, пусковые диоды и первый пусковой резистор образуют первую пусковую последовательную цепь таким образом, что первый зажим первого пускового резистора подключен к катоду первого пускового диода, второй зажим указанного резистора подключен к аноду второго пускового диода, а третий, средний, зажим этого резистора соединен со средним зажимом второго пускового резистора, образующего с первыми двумя пусковыми тиристорами вторую пусковую последовательную цепь так, что один зажим этого резистора соединен с анодом первого пускового тиристора, а второй его зажим соединен с катодом второго пускового тиристора, при этом каждый средний зажим каждого из указанных резисторов делит соответствующий резистор на неравные части таким образом, что сопротивление левой части первого резистора, соединенной с катодом пускового диода, и сопротивление правой части второго резистора, соединенной с катодом второго пускового тиристора, составляют величину, много меньшую величины сопротивления другой части соответствующего резистора, обе указанные пусковые цепи соединены параллельно между собой и подключены общими зажимами к обмотке возбуждения двигателя так, что общий их зажим, образованный анодом первого пускового диода и катодом первого пускового тиристора, объединен с анодным выходом первого полупроводникового выпрямительного блока, а другой общий зажим обеих пусковых цепей, образованный катодом второго пускового диода и анодом второго пускового тиристора, объединен с катодным выходом первого полупроводникового выпрямительного блока, а общий средний зажим обоих пусковых резисторов соединен с катодом защитного тиристора, анод которого подключен к первому зажиму другой вторичной обмотки трансформатора напряжения, другой зажим которой подключен к первому общему зажиму обеих пусковых цепей, а цепь управления каждого из двух пусковых тиристоров включает в себя встречно последовательно соединенные анодами стабилитрон и диод, причем катод каждого из этих управляющих диодов подключен к управляющему электроду соответствующего пускового тиристора, а катод каждого из стабилитронов подключен к аноду соответствующего пускового тиристора, один зажим обмотки питания реле времени, являющийся первым входом регулятора, подключен к одной из двух фаз обмотки статора двигателя, а другой зажим обмотки питания реле времени, являющийся вторым входом регулятора, предназначен для непосредственного подключения к третьей фазе питающей сети и подключен к первому зажиму переменного тока второго полупроводникового выпрямительного блока, являющегося однофазным полууправляемым выпрямителем, каждая параллельная цепь которого содержит согласно последовательно включенные тиристор и диод, причем зажимы постоянного тока указанного выпрямителя, образованные один анодными зажимами его диодов и другой катодными зажимами его тиристоров, подключены к зажимам обмотки возбуждения двигателя так, что анодный выход указанного выпрямителя является общим с анодным выходом первого полупроводникового выпрямительного блока, а катодный выход выпрямителя является общим с катодным выходом первого полупроводникового выпрямительного блока, а цепь управления каждого тиристора указанного выпрямителя содержит диод, каждый из которых подключен к управляющему электроду соответствующего тиристора, анод каждого из которых через соответствующий нормально открытый контакт реле времени соединен с анодом соответствующего управляющего диода, а второй зажим переменного тока выпрямителя, являющийся третьим входом регулятора, подключен к третьей фазе обмотки статора двигателя, при этом анод каждого управляющего диода выпрямителя соединен с анодом соответствующего диода пары управляющих диодов первого полупроводникового выпрямительного блока, общий катодный зажим которых соединен с анодом управляющего диода защитного тиристора и с одним из зажимов накопительного конденсатора, другой зажим которого подключен к анодному выходу постоянного тока первого полупроводникового выпрямительного блока, а к управляющему электроду защитного тиристора подключен катод его управляющего диода, тиристорный коммутатор выполнен однофазным и включает в себя встречно параллельно соединенные тиристоры, общими зажимами подключенные к зажимам переменного тока полууправляемого выпрямителя, а управляющие цепи тиристоров коммутатора включают в себя, каждая, последовательно соединенные диод и резистор, свободным зажимом подключенный к управляющему электроду соответствующего тиристора, причем свободные анодные зажимы указанных диодов объединены в общий зажим, подключенный к первому зажиму регулируемого резистора, второй зажим которого подключен к другому общему зажиму, образованному катодами другой пары диодов, каждый из которых своим анодом подключен к аноду соответствующего тиристора коммутатора, а третий подвижный зажим регулируемого резистора через нормально закрытый контакт реле времени соединен с вторым зажимом регулируемого резистора, первичная обмотка трансформатора напряжения предназначена для непосредственного подключения к питающей сети и, соответственно, к первому и второму входам регулятора. 2. Регулятор по п.1, отличающийся тем, что первый полупроводниковый выпрямительный блок является полууправляемым однофазным выпрямителем, к управляющему электроду каждого из тиристоров которого подключен катод соответствующего управляющего диода, причем аноды указанных диодов объединены и подключены общим зажимом к первому зажиму накопительного конденсатора, а выходы постоянного тока указанного выпрямителя, образованные, соответственно, общим анодным зажимом его диодов и общим катодным зажимом его тиристоров, являются анодным и катодным выходами первого полупроводникового блока. 3. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что первый полупроводниковый выпрямительный блок включает в себя неуправляемый диодный выпрямитель и четвертый тиристор, катодом подключенный к анодному выходу постоянного тока неуправляемого выпрямителя, а анод четвертого тиристора является анодным выходом первого полупроводникового блока, катодным выходом которого является катодный выход неуправляемого выпрямителя, а управляющий электрод четвертого тиристора подключен к первому зажиму накопительного конденсатора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрическим трехфазным невысоковольтным машинам средней мощности, применяющимся в качестве электропривода компрессоров, насосов и других установок, а именно, к системам возбуждения синхронных двигателей. Известно, что пуск синхронных двигателей осуществляется без подачи возбуждения в асинхронном режиме. Для этого необходимы три условия:
отсутствие напряжения на обмотке возбуждения ротора до достижения им требуемого числа оборотов;
замыкание обмотки возбуждения ротора сопротивлением для предотвращения наведения повышенных ЭДС на обмотке возбуждения в процессе пуска двигателя;
необходимость по достижении ротором наибольшего числа оборотов (близких к синхронной скорости) подавать на обмотку возбуждения постоянное напряжение для вхождения двигателя в синхронизм. Известно устройство возбуждения синхронного двигателя (фиг. 1) (см. книгу авторов: И.А. Глебов и С.И. Логинов «Системы возбуждения и регулирования синхронных двигателей», «Энергия», Ленинградское отделение, 1972, с. 50, рис. 4-1), в котором параллельно к обмотке возбуждения синхронного двигателя подключен вращающийся выпрямитель 6 и последовательная цепочка, включающая в себя два тиристора T1 и T2 и защитный резистор RВ, включенный между катодом первого T1 и анодом второго T2 тиристора. При этом диоды вращающегося выпрямителя 6 включены встречно тиристорам T1 и T2. Управление тиристорами T1 и T2 осуществляется с помощью цепочек, содержащих диод и кремниевый стабилитрон КС в каждой. А средняя точка резистора Rз соединена перемычкой AB с одной из фаз (например с фазой А) выпрямителя 6. К зажимам переменного тока вращающегося выпрямителя 6 подключена трех фазная обмотка синхронного возбудителя СВ. А обмотка его возбуждения 1 через полууправляемый трехфазный выпрямитель 2 подключена к сетевому трансформатору 3. Регулирование тока возбуждения возбудителя осуществляется через регулятор 4, фазоимпульсное устройство 5 и тиристоры выпрямителя 2. В пусковом режиме (то есть при асинхронном пуске) защитное сопротивление Rз подключается к обмотке возбуждения ротора с помощью тиристоров T1 и T2. При пуске положительная полуволна переменного тока обмотки возбуждения замыкается через вращающийся выпрямитель 6. После перехода тока через нуль напряжение на обмотке возбуждения резко возрастает и, достигнув напряжения срабатывания кремниевых стабилитронов КС в цепи тиристоров T1 и T2, приводит к срабатыванию этих тиристоров. После прохождения отрицательной полуволны тока ротора через защитное сопротивление управляемые вентили закрываются, и процесс повторяется с частотой скольжения. При достижении ротором синхронного двигателя подсинхронной скорости срабатывает обычная релейная схема, работающая в функции тока статора. При этом замыкается контактор К, и на обмотку возбуждения возбудителя 1 через трансформатор 3 и выпрямитель 2 подается питание из питающей сети. При этом в процессе синхронизации возможны один -два полупериода отрицательного тока ротора, который замыкается через разрядное сопротивление Rз. Однако, после включения контактора К по этому пути может протекать и выпрямленный ток возбудителя, что будет препятствовать закрытию тиристоров. Для предотвращения этого процесса предусмотрена перемычка AB. Она обеспечивает периодическое шунтирование каждого управляемого вентиля T1, T2 для токов, идущий от выпрямителя. После втягивания двигателя в синхронизм тиристоры T1, T2 закрывают и отключают защитное сопротивление Rз. Однако, наличие защитного сопротивления Rз в схеме, вызванное необходимостью ограничение токов короткого замыкания возбудителя через цепь тиристоров T1, T2, приводит к появлению при пуске постоянной составляющей в токе ротора. Но в случае отсутствия защитного сопротивления Rз при подаче питания на обмотку возбуждения 1 возбудителя и нескольких поворотах ротора двигателя выпрямитель 6 попадает в режим короткого замыкания. Это приводит к значительному снижению входного момента. Таким образом, защитное сопротивление Rз ликвидирует режим короткого замыкания выпрямителя 6, но его наличие приводит к несимметричной форме тока ротора и появлению вследствие этого постоянной составляющей тока возбуждения. В результате этого возникает добавочный тормозной момент и некоторое утяжеление пуска двигателя. Известно другое устройство возбуждения синхронного двигателя, разработанное фирмой «Сименс» (фиг. 2) (см. там же, с. 51, или Siemens Leitschrift, 1968, 42, Heft 11). В этой схеме возбуждения защитное сопротивление подключено к обмотке возбуждения синхронного двигателя последовательно с конденсатором и другим резистором. А тиристоры T1, T2, соединенные между собой встречно параллельно, общими зажимами подключены параллельно к последовательно соединенным защитному резистору и конденсатору. Вращающийся выпрямитель в этой схеме подключен к обмотке возбуждения двигателя через тиристор T3. А управление всеми тиристорами T1, T2 и T3 осуществляется с помощью блоков управления 1 и 2. При пуске двигателя последовательный тиристор T3 закрыт, и выпрямитель отключен. Тиристоры T1 и T2 пропускают положительную и отрицательную полуволны тока, обеспечивая его симметричную форму. Включение возбудителя при вхождении в синхронизм производится с помощью последовательного тиристора T3. Двигатель легко входит в синхронизм тогда, когда включение возбудителя производится при определенном скольжении и при правильной фазировке обмотки возбуждения двигателя, что отслеживается и осуществляется блоками управления 1 и 2. Это устройство возбуждения обеспечивает симметричную форму тока ротора в пусковых режимах. Однако, оно имеет очень сложную схему управления вследствие наличия тиристора T3 и необходимости отслеживания момента его включения с величиной скольжения и фазировкой возбуждения двигателя. Кроме того, это устройство не позволяет, особенно в тяжелых условиях пуска, обеспечить оптимальную величину момента на валу двигателя для его вхождения в синхронизм. Действительно, на подсинхронной скорости, близкой к синхронной, то есть при инфранизких частотах ротора (2,5 1,0 Г) величина напряжения на обмотке возбуждения очень мала и определяется величиной ЭДС
E2s=E2s,
где E2 ЭДС роторной цепи;
s скольжение. В этих условиях невозможно нормально управлять тиристорами T1 и T2 (фиг. 2), так как величина силового напряжения, прикладываемого к этим тиристорам, будет недостаточна для их открытия. И кроме того, в таких условиях невозможно отследить необходимую фазу включения каждого из этих тиристоров. Для вхождения синхронного двигателя в синхронизм электромеханический момент двигателя должен быть достаточно большим. Так, для общепромышленных синхронных двигателей величина момента вхождения в синхронизм составляет (0,31- 1,1) Mном, где Mном номинальный момент (см. книгу авторов А.Б.Абрамович и А. А.Круглый «Возбуждение, регулирование и устойчивость синхронных двигателей», «Энергоатомиздат», Лен.Отд. 1983, с. 98). А величину пускового сопротивления следует менять при пуске по закону) (см. там же):

где Rп пусковое сопротивление;
s скольжение;
переходная постоянная времени;
Rf активное сопротивление обмотки возбуждения по продольной оси. Из формулы видно, что Rп при уменьшении скольжения должно уменьшаться. Поэтому требования к системе управления пуском синхронного двигателя в зоне малых скольжений становятся повышенными особенно при колебаниях электромеханического момента двигателя, и, как следствие, колебаниях тока статора. Указанные требования при такой схеме управления пуском оказываются трудно выполнимыми. Техническая задача данного решения состоит в повышении надежности работы синхронных двигателей и в повышении их динамической и статической устойчивости особенно в тяжелых режимах при работе с поршневыми механизмами, например, поршневыми компрессорами. Данную техническую задачу авторы решают с помощью регулятора возбуждения синхронного двигателя, содержащего трехфазную обмотку статора, две фазы которой предназначены для непосредственного подключения к питающей сети, и обмотку возбуждения. Регулятор включает в себя один полупроводниковый выпрямительный блок, подключенный зажимами постоянного тока к обмотке возбуждения двигателя, два пусковых резистора, два пусковых тиристора и защитный тиристор. Дополнительно в него введены два пусковых диода, реле времени, второй полупроводниковый выпрямительный блок, тиристорный коммутатор и трансформатор напряжения. Последний выполнен трехобмоточным с одной первичной и двумя вторичными понижающими обмотками. Одна из последних подключена к входным зажимам переменного тока первого полупроводникового выпрямительного блока. Пусковые диоды и первый пусковой резистор образуют первую пусковую последовательную цепь таким образом, что первый зажим первого пускового резистора подключен к катоду первого пускового диода. Второй зажим указанного резистора подключен к аноду второго пускового диода, а третий, средний, зажим этого резистора соединен со средним зажимом второго пускового резистора, образующего с первыми двумя пусковыми тиристорами вторую пусковую последовательную цепь так, что один зажим этого резистора соединен с анодом первого пускового тиристора, а второй его зажим соединен с катодом второго пускового тиристора. При этом каждый средний зажим каждого из указанных резисторов делит соответствующий резистор на неравные части таким образом, что сопротивление левой части первого резистора, соединенной с катодом первого пускового диода, и сопротивление правой части второго резистора, соединенной с катодом второго пускового тиристора, составляют величину, много меньшую величины сопротивления другой части соответствующего резистора. Кроме того, обе указанные пусковые цепи соединены параллельно между собой и подключены общими зажимами к обмотке возбуждения двигателя так, что общий их зажим, образованный анодом первого пускового диода и катодом первого пускового тиристора, объединен с анодным выходом первого полупроводникового выпрямительного блока. Другой зажим обеих пусковых цепей, образованный катодом второго пускового диода и анодом второго пускового тиристора, объединен с катодным выходом первого полупроводникового выпрямительного блока. Общий средний зажим обоих пусковых резисторов соединен с катодом защитного тиристора, анод которого подключен к первому зажиму другой вторичной обмотки трансформатора напряжения, другой зажим которой подключен к первому общему зажиму обеих пусковых цепей. Цепь управления каждого из двух пусковых тиристоров включает в себя встречно последовательно соединенные анодами стабилитрон и диод, причем катод каждого из последних управляющих диодов подключен к управляющему электроду соответствующего пускового тиристора. А катод каждого из стабилитронов подключен к аноду соответствующего пускового тиристора. Один зажим обмотки питания реле времени, являющийся первым выходом регулятора, подключен к одной из двух фаз обмотки статора двигателя. Другой зажим обмотки питания реле времени, являющийся вторым входом регулятора, предназначен для непосредственного подключения к третьей фазе питающей сети, и, кроме того, подключен к первому зажиму переменного тока второго полупроводникового выпрямительного блока. Последний является однофазным полууправляемым выпрямителем, каждая параллельная цепь которого содержит согласно последовательно включенные тиристор и диод. Зажимы постоянного тока указанного выпрямителя, образованные один анодными зажимами его диодов и другой катодными зажимами его тиристоров, подключены к зажимам обмотки возбуждения двигателя так, что анодный выход указанного выпрямителя является общим с анодным выходом первого полупроводникового выпрямительного блока. А катодный выход выпрямителя является общим с катодным выходом первого полупроводникового выпрямительного блока. Цепь управления каждого тиристора указанного выпрямителя содержит диод, каждый из которых подключен к управляющему электроду соответствующего тиристора, анод каждого из которых через соответствующий нормально открытый контакт реле времени соединен с анодом соответствующего управляющего диода, а второй зажим переменного тока выпрямителя, являющийся третьим входом регулятора, подключен к третьей фазе обмотки статора двигателя. Анод каждого управляющего диода выпрямителя соединен с анодом соответствующего диода пары управляющих диодов первого полупроводникового выпрямительного блока, общий катодный зажим которых соединен с анодом управляющего диода защитного тиристора и с одним из зажимов накопительного конденсатора. Другой зажим последнего подключен к анодному выходу постоянного тока первого полупроводникового выпрямительного блока. А к управляющему электроду защитного тиристора подключен катод его управляющего диода. Тиристорный коммутатор выполнен однофазным и включает в себя встречно параллельно соединенные тиристоры, общими зажимами подключенные к зажимам переменного тока полууправляемого выпрямителя. Управляющие цепи тиристоров коммутатора включают в себя, каждая, последовательно соединенные диод и резистор, свободным зажимом подключенный к управляющему электроду соответствующего тиристора. Свободные анодные зажимы указанных диодов объединены в общий зажим, подключенный к первому зажиму регулируемого резистора, второй зажим которого подключен к другому общему зажиму, образованному катодами другой пары диодов, каждый из которых своим анодом подключен к аноду соответствующего тиристора коммутатора. Третий подвижный зажим регулируемого резистора через нормально открытый контакт реле времени соединен со вторым зажимом регулируемого резистора. Кроме того, первичная обмотка трансформатора предназначена для непосредственного подключения к питающей сети и, соответственно, к первому и второму входам регулятора. Кроме того, первый полупроводниковый выпрямительный блок выполнен в двух вариантах. В первом варианте он является полууправляемым однофазным выпрямителем, к управляющему электроду каждого из тиристоров которого подключен катод соответствующего управляющего диода. При этом аноды указанных диодов объединены и подключены общим зажимом к первому зажиму накопительного конденсатора. А выходы постоянного тока указанного выпрямителя, образованные, соответственно, общим анодным зажимом его диодов и общим катодным зажимом его тиристоров, являются анодным и катодным выходами первого полупроводникового выпрямительного блока. Во втором варианте первый полупроводниковый выпрямительный блок включает в себя неуправляемый диодный выпрямитель и четвертый тиристор, катодом подключенный к анодному выходу постоянного тока неуправляемого выпрямителя. А анод четвертого тиристора является анодным выходом первого полупроводникового блока, катодным выходом которого является катодный выход неуправляемого выпрямителя. Управляющий электрод четвертого тиристора подключен к первому зажиму накопительного конденсатора. Новым в данном устройстве является то, что в него дополнительно включены два пусковых диода, реле времени, второй полупроводниковый выпрямительный блок, тиристорный коммутатор и трансформатор напряжения с их связями между собой и другими элементами устройства. Это позволяет обеспечить все условия асинхронного пуска синхронного двигателя и вхождения его в синхронизм в тяжелых условиях пуска и устойчивую его работу в установившемся и динамическом режимах путем перераспределения тока фазы питающей сети между цепью коммутатора и обмоткой возбуждения двигателя. Сказанное позволяет сделать вывод о причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков и достигаемым техническим результатом. На фиг. 1 приведена схема устройства возбуждения синхронного двигателя, являющаяся аналогом заявляемого технического решения; на фиг. 2 схема устройства возбуждения синхронного двигателя, разработанная фирмой «Сименс» и являющаяся прототипом заявляемого технического решения; на фиг. 3 схема заявляемого регулятора возбуждения синхронного двигателя с первым вариантом исполнения первого полупроводникового выпрямительного блока, обеспечивающего регулирование возбуждения по напряжению; на фиг. 4 схема заявляемого регулятора возбуждения синхронного двигателя со вторым вариантом исполнения первого полупроводникового выпрямительного блока. Регулятор возбуждения синхронного двигателя 1, содержащего трехфазную обмотку статора (фазы A, B, C) 2, две фазы (фазы A и B) которой предназначены для непосредственного подключения через автоматический выключатель 3 к питающей сети 4, и обмотку 5 возбуждения с зажимами 6, 7 включает в себя (фиг. 3 и 4) один полупроводниковый выпрямительный блок 8, подключенный зажимами 9, 10 постоянного тока к обмотке 5 возбуждения двигателя 1, два пусковых резистора 11, 12, два пусковых тиристора 13, 14 и защитный тиристор 15. Дополнительно в него введены два пусковых диода 16, 17, реле времени 18, второй полупроводниковый выпрямительный блок 19, тиристорный коммутатор 20 и трансформатор 21 напряжения. Указанный трансформатор 21 выполнен трехобмоточным с одной первичной 22 и двумя вторичными 23, 24 понижающими обмотками. Одна из последних (обмотка 23) подключена зажимами 25, 26 к одноименным входным зажимам переменного тока первого полупроводникового выпрямительного блока 8. Пусковые диоды 16, 17 и первый пусковой резистор 11 образуют первую пусковую последовательную цепь таким образом, что первый зажим 27 первого пускового резистора 11 подключен к катоду первого пускового диода 16. Второй зажим 28 указанного резистора 11 подключен к аноду второго пускового диода 17, а третий, средний, зажим 29 этого резистора 11 соединен со средним зажимом 30 второго пускового резистора 12, образующего с первыми двумя пусковыми тиристорами 13, 14 вторую пусковую последовательную цепь так, что один зажим 31 этого резистора 12 соединен с анодом первого пускового тиристора 13, а второй его зажим 32 соединен с катодом второго пускового тиристора 14. При этом каждый средний зажим 29, 30 каждого из указанных резисторов 11, 12 делит соответствующий резистор на неравные части таким образом, что сопротивление левой части (зажимы 27, 29) первого резистора 11, соединенной с катодом первого пускового диода 16, и сопротивление паровой части (зажимы 30, 32) второго резистора 12, соединенной с катодом второго пускового тиристора 14, составляют величину, много меньшую величины сопротивления другой части соответствующегшо резистора 11, 12 (соответственно зажимы 29, 28 резистора 11 и зажимы 31, 30 резистора 12). Обе указанные пусковые последовательные цепи (элементы 16, 11, 17 и 13, 12, 14) соединены параллельно между собой и подключены общими зажимами 33, 34 к обмотке 5 возбуждения двигателя 1 (зажим 33 к зажиму 6 и зажим 34 к зажиму 7) так, что общий их зажим 33, образованный анодом первого пускового диода 16 и катодом первого пускового тиристора 13, объединен с анодным выходом 9 первого полупроводникового выпрямительного блока 8, а другой общий зажим 34 обеих пусковых цепей, образованный катодом второго пускового диода 17 и анодом второго пускового тиристора 14, объединен с катодным выходом 10 первого полупроводникового выпрямительного блока 8. Общий средний зажим 35 обоих пусковых резисторов 11, 12 соединен с катодом защитного тиристора 15, анод которого подключен к первому зажиму 36 другой вторичной обмотки 24 трансформатора 21 напряжения. Другой зажим 37 этой обмотки 24 подключен к первому общему зажиму 33 обеих пусковых последовательных цепей. Цепь управления каждого из двух пусковых тиристоров 13, 14 включает в себя встречно последовательно соединенные анодами стабилитрон 38 (39) и диод 40 (41). При этом катод каждого из последних управляющих диодов 40, 41 подключен к управляющему электроду соответствующего пускового тиристора 13, 14. А катод каждого из стабилитронов 38 (39) подключен к аноду 31 (34) соответствующего пускового тиристора 13 (14). Кроме того, один зажим 42 обмотки питания реле времени 18, являющийся первым входом 42 регулятора, подключен к одной из двух фаз (к фазе B) обмотки 2 статора двигателя 1. А другой зажим 43 обмотки питания реле времени 18, являющийся вторым входом 43 регулятора, предназначен для непосредственного подключения ( через автоматический выключатель 3) к третьей фазе (фазе C) питающей сети 4, и, кроме того, подключен к первому зажиму 43 переменного тока второго полупроводникового выпрямительного блока 19, являющегося однофазным полууправляемым выпрямителем 19, каждая цепь которого содержит согласно последовательно включенные тиристор 44(45) и диод 46(47). При этом зажимы постоянного тока указанного выпрямителя 19, образованные один 48 анодными зажимами его диодов 46, 47 и другой 49 катодными зажимами его тиристоров 44, 45, подключены к зажимам 6, 7 обмотки 5 возбуждения двигателя 1 так, что анодный выход 48 указанного выпрямителя 19 является общим с анодным выходом 9 первого полупроводникового выпрямительного блока 8. Катодный выход 49 выпрямителя 19 является общим с катодным выходом 10 первого полупроводникового выпрямителя блока 8. Цепь управления каждого тиристора 44, 45 указанного выпрямителя 19 содержит диод 50(51), каждый из которых подключен к управляющему электроду соответствующего тиристора 44(45), анод 52(53) каждого из которых через соответствующий нормально открытый контакт 54(55) реле времени 18 соединен с анодом 56(57) соответствующего управляющего диода 50(51). А второй зажим 58 переменного тока выпрямителя 19, являющийся третьим входом 58 регулятора, подключен к третьей фазе (фазе C) обмотки 2 статора двигателя 1. При этом анод 56(57) каждого управляющего диода 50(51) выпрямителя 19 соединен с анодом 56(57) соответствующего диода 59(60) пары управляющих диодов 59, 60 первого полупроводникового выпрямительного блока 8, общий катодный зажим 61 которых соединен с анодом управляющего диода 62 защитного тиристора 15 и с одним из зажимов 63 накопительного конденсатора 64. Другой зажим 65 последнего подключен к анодному выходу 9 постоянного тока первого полупроводникового выпрямительного блока 8. К управляющему электроду защитного тиристора 15 подключен катод его управляющего диода 62. Тиристорный коммутатор 20 выполнен однофазным и включает в себя встречно параллельно соединенные тиристоры 66, 67, общими зажимами 68, 69 подключенные к зажимам переменного тока (зажим 68 к зажиму 43, зажим 69 к зажиму 58) полууправляемого выпрямителя 19. Управляющие цепи тиристоров 66, 67 коммутатора 20 включают в себя, каждая, последовательно соединенные диод 70(71) и резистор 72(73), свободным зажимом 74(75) подключенный к управляющему электроду соответствующего тиристора 66(67). Свободные анодные зажимы указанных диодов 70(71) объединены в общий зажим 76, подключенный к первому зажиму 77 регулируемого резистора 78, второй зажим 79 которого подключен к другому общему зажиму 80, образованному катодами другой пары диодов 81, 82. Каждый из последних своим анодом подключен к аноду зажим 68(зажим 69) соответствующего тиристора 66(67) коммутатора 20. Третий подвижный зажим 83 регулируемого резистора 78 через нормально закрытый контакт 84 реле 18 времени соединен со вторым зажимом 79 регулируемого резистора 78. Первичная обмотка 22 трансформатора 21 напряжения (зажимы 85, 86) предназначена для непосредственного подключения (через автоматический выключатель 3) к питающей сети 4 и, соответственно к первому 42 и второму 43 входам регулятора. Первый полупроводниковый выпрямительный блок 8 выполнен в двух вариантах. В первом варианте (фиг.3) он является полууправляемым однофазным выпрямителем 87, к управляющему электроду каждого из тиристоров 88, 89 которого подключен катод соответствующего диода 90, 91. Аноды указанных диодов 90, 91 объединены и подключены общим зажимом 92 к первому зажиму 63 накопительного конденсатора 64. Выходы 93, 94 постоянного тока указанного выпрямителя 87, образованные, соответственно, общим анодным зажимом 93 его диодов 95, 96 и общим катодным зажимом 94 его тиристоров 88, 89, являются анодным 9 и катодным 10 выходами первого полупроводникового выпрямительного блока 8. Во втором варианте (фиг.4) первый полупроводниковый выпрямительный блок 8 включает в себя неуправляемый диодный выпрямитель 97 с диодами 98, 99, 100, 101 и четвертый тиристор 102, катодом подключенный к анодному выходу 103 постоянного тока неуправляемого выпрямителя 97. А анод четвертого тиристора 102 является анодным выходом 9 первого полупроводникового блока 8, катодным выходом которого является катодный выход неуправляемого выпрямителя 97. Управляющий электрод четвертого тиристора 102 подключен к первому зажиму 63 накопительного конденсатора 64. Работу предлагаемого устройства проанализируем на примере конкретного электропривода с синхронным двигателем типа ДСК-12-24-12У4 для компрессоров типа ВП-20/8М, установленных в компрессорных сортировочных горок на Октябрьской железной дороге. В качестве реле 18 времени (фиг.3, 4) может быть использовано, например, электронное реле времени серии ВД с диапазоном выдержки времени от 0,1 сек. до 10 мин. (см. Справочник по автоматизированному электроприводу под ред. В. А. Елисеева и А.В. Шинянского М.Энергоатомиздат, 1983, с. 109-110)
Описываемое устройство работает следующим образом. 1. Режим пуска синхронного двигателя. При включении автоматического выключателя 3 (фиг. 3, 4) питание подается непосредственно на фазы A и B обмотки 2 статора синхронного двигателя 1. А на фазу C статора питания подается через полностью открытые тиристоры 66, 67 тиристорного коммутатора 20, к которым при включении автомата 3 прикладывается питающее напряжение фазы C питающей сети 4 через зажимы 43, 58 регулятора. При этом к работе сразу же подключается реле 18 времени, контакты 54, 55 и 84 которого срабатывают через 4 сек. для данного типа привода. В течение этого времени двигатель 1 разгоняется в режиме асинхронного двигателя до подсинхронной скорости. При этом, так как нормально открытые контакты 54, 55 реле времени еще не сработали, полууправляемый выпрямитель 19 остается не включенным в работу. А обмотка 5 возбуждения двигателя 1 оказывается замкнутой либо на резистор 11, либо на резистор 12 в зависимости от полярности напряжения на зажимах 6, 7 обмотки 5 возбуждения. При полярности, указанной на фиг.3, 4 без скобок, в работу включается первая пусковая диодно-резисторная цепочка ((+)зажима 6 обмотки 5 возбуждения зажим 33 диод 16 резистор 11- диод 17 зажим 34 -(-) зажима 7 обмотки 5 возбуждения). При смене полярности зажимов 6, 7 обмотки 5 возбуждения на обратную, указанную на фиг. 3, 4 в скобках, в работу вступает вторая пусковая тиристорно-резисторная цепь. При этом стабилитроны 39 и 40 пробиваются положительным значением напряжения, прикладываемого к ним от обмотки 5 возбуждения, в результате чего создаются цепи управления тиристорами 13, 14 (зажим 31(34)-стабилитрон 38(39) диод 40(41) управляющий электрод тиристора 13(14) зажим 31(34). В результате тиристоры 13, 14 открываются и пропускают обратную полуволну напряжения обмотки 5 возбуждения через сопротивление 12. При этом диоды 16, 17 этой же полуволной напряжения запираются. Величина сопротивления каждого из резисторов 11, 12 при этом в 15-20 раз больше активного сопротивления обмотки 5 возбуждения
Перемычка 29, 30 при этом обеспечивает надежное закрытие тиристорно-резисторной цепочки 33-13-12-14-34 при смене полярности напряжения на обмотке 5 возбуждения на первоначальную (без скобок). Тогда, так как сопротивление левой части 27, 29 резистора и правой части 30, 32 резистора 12 много меньше (например в 5 раз), чем, соответственно, их правая часть (29, 28 резистора 11), и левая часть (31, 30 резистора 12), то прямая полуволна напряжения (без скобок) создает контур тока, встречный рабочему току тиристора 14; а именно: зажим 6 обмотки 5 возбуждения зажим 33, диод 16 левая часть 27, 29 резистора 11, перемычка 29, 30 правая часть 30, 32 резистора 12 тиристор 14 зажим 34 зажим 7 обмотки 5 возбуждения. Это обеспечивает надежное закрытие тиристорно-резисторной пусковой цепи в период работы диодно-резисторной пусковой цепи. Частота переключений обеих указанных пусковых цепей будет определяться частотой скольжения. Кроме того, поскольку в течение первых 4 сек. после включения автомата 3 нормально закрытый контакт 84 реле времени 18 остается замкнутым, то часть сопротивления резистора 78 оказывается зашунтированный указанным контактом 84. А цепь управления тиристоров 66(67) будет создаваться, соответственно, для тиристора 66 по цепи: (+) зажима 68 диод 81 зажимы 80,79 нормально закрытый контакт 84 реле 18 времени зажим 83 резистора 78 зажимы 77,76 диод 70 — резистор 72 зажим 74 управляющий электрод тиристора 66. Для тиристора 67 по аналогичной цепи, но с использованием диодов 82, 71 и резистора 73. Таким образом, во время пуска ток фазы C обмотки 2 статора двигателя 1 никуда не ответвляется и проходит непосредственно на фазу C двигателя через открытые тиристоры 66, 67 коммутатора 20. 2. Рабочий режим. По истечении 4 сек. замыкаются нормально открытые контакты 54, 55 реле времени 18, а нормально закрытый его контакт 84 открывается. В результате питание в обмотку 5 возбуждения поступает из питающей сети 4 через выпрямитель 19 и первый полупроводниковый блок 8. А именно: с закрытием нормально открытых контактов 54, 55 реле 18 времени создаются цепи управления тиристоров 44 и 45 через диоды 50, 51 при положительной полуволне напряжения, прикладываемого к соответствующему тиристору. Одновременно создается цепь управления для полупроводникового выпрямительного блока 8 диоды 59 и 60 и цепь управления защитным тиристором 15 через диод 62. При этом, так как полупроводниковый блок 8 может быть выполнен в двух вариантах, создается следующие цепи. Первый вариант: когда указанный блок является полууправляемым диодно-тиристорным выпрямителем 87 (фиг.3). Тогда пара управляющих диодов 59, 60 дополняется парой диодов 90, 91, управляющих тиристорами 88, 89 выпрямителя 87. Второй вариант: когда указанный блок 8 включает в себя диодный выпрямитель 97 и последовательно с ним включенный четвертый тиристор 102. Тиристор 102 получает управляющий сигнал через диоды 59, 60. В результате при обоих вариантах выполнения полупроводникового блока 8 при срабатывании реле 18 времени в работу вступают две системы регулирования возбуждения двигателя 1: по току через выпрямитель 19 и по напряжению — через полупроводниковый блок 8. Одновременно с этим, так как открылся нормально закрытый контакт 84 реле 18 времени, то в цепи управления тиристорами 66, 67 включается полное сопротивление резистора 78, то есть суммарная величина сопротивления в этих цепях увеличивается. А это приводит лишь к частичному включению тиристоров 66, 67 в работу в положительную и отрицательную полуволны напряжения на фазе C обмотки 2 статора двигателя 1. Таким образом, резко возросшее сопротивление цепей управления тиристоров 66, 67 приводит к значительному снижению величины тока, протекающего через эти тиристоры. При этом тиристорный коммутатор 20 обеспечивает наперед заданную степень компаундирования. В результате ток возбуждения в обмотке 5 двигателя 1 возрастает и двигатель втягивается в синхронизм. При работе синхронного двигателя на поршневой компрессор (без маховика) возникают низкочастотные колебания момента на валу двигателя, и, как следствие, пульсации тока статора двигателя. В результате возможны провалы напряжения на обмотке возбуждения. А так как полупроводниковый блок 8 получает питание от обмотки 23 трансформатора 21, то обмотка 5 возбуждения подпитывается напряжением от этой обмотки 23 трансформатора 21 через блок 8. В результате создается смешанная регулировка возбуждения двигателя 1: по току через выпрямитель 19 и по напряжению через блок 8. 0при этом в случае провалов напряжения, питающего обмотку 5 возбуждения, через пусковые диоды 16, 17 первой пусковой цепи создается цепь замыкания тока от ЭДС самоиндукции обмотки 5 возбуждения. Тем самым создаются условия для непрерывного протекания тока возбуждения. При формировании управляющего контура для защитного тиристора 15, последний открывается положительной полуволной напряжения обмотки 24 трансформатора 21, в результате чего тиристор 14 запирается и цепь протекания тока через тиристорно-резисторную цепь 13-12-14 прерывается. В случае, когда совпадают моменты провала напряжения в обмотке возбуждения и момент неполного закрытия тиристора 14 с помощью защитного тиристора 15, создается (в положительную полуволну напряжения) дополнительная цепь закрытия тиристора 14 через диод 16 левую часть 27, 29 резистора 11 — перемычку 29, 30 правую часть 30, 32 резистора 12, так как суммарная величина сопротивления левой части резистора 11 и правой части резистора 12 много меньше величины сопротивления каждого из них. Следует сказать, что конденсатор 64 предназначен для накопления энергии, которая может быть использована для дополнительной подпитки управляющих цепей полупроводникового блока 8 в случае провалов питающего напряжения в сети 4. Таким образом, все перечисленное позволяет обеспечить надежную и устойчивую работу синхронного двигателя в пусковых и рабочих режимах, особенно в условиях тяжелого пуска и колебаний питающего напряжения без использования специальных возбудителей (мотор-генератор) для питания синхронных двигателей. В результате в перегрузочных режимах увеличивается перегрузочная способность двигателя (ликвидируются режимы, приводящие к выпаданию из синхронизма) и, как следствие, увеличивается срок службы двигателя.

10500A 180V 12-ти пульсный тиристорный выпрямитель с фазовым управлением для производства водорода Производители и фабрики в Китае — продукция по индивидуальному заказу Цена

10500A180V 12-импульсный тиристорный выпрямитель или управляемый IGBT R Ectifiers для ванн электролита для производства водорода

1 .Краткое введение

Выпрямительная система предназначена для обеспечения энергией постоянного тока для электролитической медной и цинковой промышленности, каустической соды, электролитической воды и т. Д., общей мощностью 1,89 МВт. Выпрямительная система в основном состоит из трансформатора Oil Natural Air Natural, выпрямителя SCR 10500A / 180V и шкафа управления, трансформатор подает питание на выпрямитель, а выпрямители соединены параллельно, образуя 12-импульсную выпрямительную систему, которая характеризуется высокой коэффициент мощности и низкий гармонический ток. Шкафы управления используют сенсорную панель для выполнения функции взаимодействия человека с машиной и с помощью сенсорной панели для завершения настройки параметров системы, работы, отображения данных и состояния и других функций.

2. Состав системы

10500A / 180V Система состоит из 1 шкафа переключения высокого напряжения, 1 трансформатора, 1 выпрямителя, 1 шкафа управления и 1 переключателя постоянного тока. Схема выглядит так:

2

Имя устройства

1

Шкаф выключателя высокого напряжения

Трансформатор

3

Выпрямитель

4

Шкаф управления


3.Выпрямитель

3.1. Электрические характеристики

Параметр

Значение

Номинальный выходной постоянный ток

10535

10535

10535 выходное напряжение

180V

Диапазон регулирования выхода

0-10500A

0-180V

Топология схемы

12-ти импульсный фазовый регулятор, двойной звездообразный выпрямитель

Метод охлаждения

Водяное охлаждение

Класс защиты

IP42

Диапазон рабочих температур

-10 ~ 40 ℃

<8 5%

Высота

<1000 м

3.2.Механические данные

7

Параметр

Значение

Установка

Внутри помещения

Габаритные размеры (W * D

2600x1150x2290 мм (включая медные стержни)

Вес

1900 кг

Цвет

RAL 7035 (светло-серый)

Медь сверху

Кабель управления

Справа

Вход и выход воды

Справа


4.Шкаф управления

Шкаф управления в основном включает сенсорный экран, ПЛК, 2 контроллера SCR и т.д.

4.1. Электрические данные

4

.2.Механические данные

Параметр

Значение 2

900

Входное напряжение

440 В переменного тока ± 10% (3p4w) / ≥10 кВА

Синхронное напряжение

100 ~ 380 В переменного тока ± 10% (3p3w) / ≥10ВА

60 Гц ± 2%

Форма импульса

Двойные узкие импульсы

Ширина импульса

1 мс

Амплитуда импульса 9000 900 В

Класс защиты

IP42

Диапазон рабочих температур

-10 ~ 40 ℃

Влажность

<85%

Высота

<1000 м

Параметр

Значение

Установка

В помещении

Размеры (Ш * Г * В)

900

1150x450x2000 мм (включая опорную раму)

Вес

225 кг (включая опорную раму)

Цвет

RAL 7035 (светло-серый)

Кабельный ввод выход

Слева


Интерфейс сенсорной панели

² Главная страница

5.Преимущества для пользователя

Выпрямители высокой мощности обеспечивают работу вашего процесса в любых условиях

u Высокая производительность — основа для вашей производительности:

— Высокая надежность: все меры для обеспечения надежности системы, резервирование тиристора N-1, тепло резервирование обменников.

— Энергосбережение: оптимизированная конструкция для достижения максимальной эффективности

— Высокая точность управления выходным постоянным током

— Низкая пульсация на выходе

— Высокий коэффициент мощности

— Удобный HMI

uНизкая общая стоимость:

— Максимальная доступность

— Максимальный электрический КПД

— Минимальное обслуживание

— Высочайшая безопасность персонала

— Максимальный срок службы: правильно обслуживаемая выпрямительная система может прослужить более 25 лет

— Кратчайшие сроки установки и ввода в эксплуатацию

uSmart цифровое управление для защиты от помех, хорошее автоматическая система управления для упрощения работы и контроля

uLife Cycle Service

— для удовлетворения требований клиентов: техническое обучение, местное обслуживание, всегда онлайн

6.Обязательства по обслуживанию

• Компания создала полную систему обслуживания: включая предпродажное, продажное и послепродажное обслуживание

• Соблюдение духа обслуживания, ориентированного на клиента

• Предоставлять профессиональные индивидуальные решения для нужд клиентов

• Оборудовано со старшим инженером для обеспечения профессиональной технической поддержки • Обеспечение запасными частями

• Ответ в течение двух часов с момента получения отзыва от клиента и прибытие 24 часа

• Один год гарантии

• Пожизненное обслуживание

• Круглосуточная горячая линия обслуживания

7.Глобальное сотрудничество

Green Power Co., Ltd.

Эл. Почта: [email protected]

Мобильный / Whatsapp: +86 13810151476

Веб-сайт: www.gprectifier.com

Hot Tags: 10500A, 180 В, 12-импульсный тиристорный выпрямитель с двойной звездой для производства водорода, трехфазный тиристор, выпрямители с управлением IGBT, для ванн с электролитом для производства водорода,

Предыдущая

18kA 30V-GW-SCR Выпрямитель с двойной звездой, анодирование Трансформаторный выпрямитель для хлорно-щелочного завода до 50 кА, 800 В История 20 лет, экспорт в 50 стран

Далее

Схема тиристора и схемы переключения тиристора

В предыдущем уроке мы рассмотрели базовую конструкцию и работу выпрямителя с кремниевым управлением, более известного как тиристор.На этот раз мы рассмотрим, как можно использовать схемы переключения тиристоров и тиристоров для управления гораздо более крупными нагрузками, такими как лампы, двигатели, нагреватели и т. Д.

Ранее мы говорили, что для включения тиристора необходимо подать небольшой пусковой импульс тока (не непрерывный ток) на вывод затвора (G), когда тиристор находится в прямом положении. направление, то есть анод, (A) положительно по отношению к катоду (K), чтобы произошло регенеративное защелкивание.

Типичный тиристор

Как правило, этот импульс запуска должен иметь длительность всего несколько микросекунд, но чем дольше применяется импульс затвора, тем быстрее происходит внутренний лавинный пробой и тем быстрее время включения тиристора, но максимальное время затвора ток не должен быть превышен. После срабатывания и полной проводимости падение напряжения на тиристоре, от анода к катоду, остается достаточно постоянным и составляет около 1,0 В для всех значений анодного тока вплоть до его номинального значения.

Но помните, что как только тиристор начинает проводить, он продолжает проводить, даже без сигнала затвора, до тех пор, пока ток анода не упадет ниже значения тока удержания устройств (I H ) и ниже этого значения он автоматически отключится. Тогда, в отличие от биполярных транзисторов и полевых транзисторов, тиристоры нельзя использовать для усиления или управляемого переключения.

Тиристоры — это полупроводниковые устройства, которые специально разработаны для использования в мощных коммутационных устройствах и не обладают возможностями усилителя.Тиристоры могут работать только в режиме переключения, действуя как разомкнутый или замкнутый переключатель. После запуска в проводимость клеммой затвора тиристор всегда будет проводить (пропускать ток). Поэтому в цепях постоянного тока и некоторых высокоиндуктивных цепях переменного тока необходимо искусственно уменьшать ток с помощью отдельного переключателя или цепи отключения.

Цепь тиристора постоянного тока

При подключении к источнику постоянного тока, тиристор можно использовать в качестве переключателя постоянного тока для управления большими токами постоянного тока и нагрузками.При использовании тиристора в качестве переключателя он ведет себя как электронная защелка, потому что после активации он остается в состоянии «ВКЛ» до тех пор, пока не будет сброшен вручную. Рассмотрим схему тиристора постоянного тока ниже.

Цепь переключения тиристоров постоянного тока

Эта простая схема включения-выключения тиристора использует тиристор в качестве переключателя для управления лампой, но ее также можно использовать в качестве схемы управления включением-выключением для двигателя, нагревателя или какой-либо другой такой нагрузки постоянного тока. Тиристор имеет прямое смещение и запускается в проводимость путем кратковременного замыкания нормально разомкнутой кнопки «ВКЛ», S 1 , которая подключает клемму затвора к источнику постоянного тока через резистор затвора R G , таким образом позволяя току течь. в ворота.Если значение R G установлено слишком высоким по отношению к напряжению питания, тиристор может не сработать.

После того, как цепь была переведена в положение «ON», она автоматически фиксируется и остается в состоянии «ON» даже при отпускании кнопки, при условии, что ток нагрузки больше, чем ток фиксации тиристоров. Дополнительные операции с кнопкой S 1 не повлияют на состояние цепей, так как после «фиксации» ворота теряют всякое управление. Теперь тиристор полностью включен (проводит), позволяя току полной нагрузки проходить через устройство в прямом направлении и обратно к источнику питания от батареи.

Одним из основных преимуществ использования тиристора в качестве переключателя в цепи постоянного тока является то, что он имеет очень высокий коэффициент усиления по току. Тиристор работает на токе , потому что небольшой ток затвора может управлять гораздо большим анодным током.

Резистор затвор-катод R GK обычно включается для снижения чувствительности затвора и увеличения его способности dv / dt, таким образом предотвращая ложное срабатывание устройства.

Поскольку тиристор автоматически перешел в состояние «ВКЛ.», Цепь можно сбросить только путем прерывания подачи питания и уменьшения анодного тока до значения ниже минимального удерживающего тока тиристора (I H ).

Открытие нормально замкнутой кнопки «ВЫКЛ», S 2 разрывает цепь, уменьшая ток цепи, протекающий через тиристор , до нуля, тем самым заставляя его отключаться до повторного применения другого сигнала затвора.

Однако одним из недостатков этой конструкции тиристорной схемы постоянного тока является то, что механический нормально замкнутый выключатель S 2 должен быть достаточно большим, чтобы обрабатывать мощность схемы, протекающую через тиристор и лампу, когда контакты открыт.В таком случае мы могли бы просто заменить тиристор большим механическим переключателем. Один из способов преодолеть эту проблему и уменьшить потребность в более крупном и надежном переключателе «ВЫКЛ» — это подключить переключатель параллельно тиристору, как показано.

Альтернативная тиристорная цепь постоянного тока

Здесь тиристорный переключатель получает необходимое напряжение на клеммах и импульсный сигнал затвора, как и раньше, но более крупный нормально замкнутый переключатель предыдущей схемы был заменен нормально разомкнутым переключателем меньшего размера, параллельным тиристору.Активация переключателя S 2 на мгновение вызывает короткое замыкание между анодом и катодом тиристоров, останавливая ток устройства, уменьшая ток удержания ниже его минимального значения.

Схема тиристора переменного тока

При подключении к источнику переменного тока переменного тока, тиристор ведет себя иначе, чем в предыдущей схеме, подключенной постоянным током. Это связано с тем, что мощность переменного тока периодически меняет полярность, и поэтому любой тиристор, используемый в цепи переменного тока, будет автоматически смещен в обратном направлении, что приведет к его отключению в течение половины каждого цикла.Рассмотрим схему тиристора переменного тока ниже.

Схема тиристора переменного тока

Вышеупомянутая схема включения тиристора аналогична схеме SCR постоянного тока, за исключением отсутствия дополнительного переключателя «ВЫКЛ» и включения диода D 1 , который предотвращает обратное смещение, приложенное к затвору. Во время положительного полупериода синусоидального сигнала устройство смещено в прямом направлении, но при разомкнутом переключателе S 1 нулевой ток затвора подается на тиристор, и он остается в положении «ВЫКЛ».В отрицательном полупериоде устройство смещено в обратном направлении и будет оставаться в состоянии «ВЫКЛ» независимо от состояния переключателя S 1 .

Если переключатель S 1 замкнут, в начале каждого положительного полупериода тиристор полностью выключен, но вскоре после этого на затворе появится достаточное положительное пусковое напряжение и, следовательно, ток, присутствующий на затворе, чтобы повернуть тиристор и лампу. «НА».

Тиристор теперь зафиксирован — «ВКЛ» на время положительного полупериода и автоматически выключится снова, когда положительный полупериод закончится и анодный ток упадет ниже значения тока удержания.

Во время следующего отрицательного полупериода устройство все равно полностью «ВЫКЛЮЧЕНО» до следующего положительного полупериода, когда процесс повторяется и тиристор снова работает, пока переключатель замкнут.

Тогда в этом состоянии лампа будет получать только половину доступной мощности от источника переменного тока, поскольку тиристор действует как выпрямительный диод и проводит ток только в течение положительных полупериодов, когда он смещен в прямом направлении. Тиристор продолжает подавать половину мощности на лампу до размыкания переключателя.

Если бы можно было быстро переключать переключатель S 1 в положение ВКЛ и ВЫКЛ, так, чтобы тиристор получал сигнал затвора в точке «пика» (90 o ) каждого положительного полупериода, устройство могло бы проводить только в течение одна половина положительного полупериода. Другими словами, проводимость будет иметь место только в течение половины половины синусоидальной волны, и это условие приведет к тому, что лампа будет получать «одну четверть» или четверть всей мощности, доступной от источника переменного тока.

Путем точного изменения временного соотношения между импульсом затвора и положительным полупериодом можно заставить тиристор подавать любой процент мощности, необходимый для нагрузки, от 0% до 50%.Очевидно, что при использовании этой конфигурации цепи она не может подавать на лампу более 50% мощности, потому что она не может проводить во время отрицательных полупериодов, когда она смещена в обратном направлении. Рассмотрим схему ниже.

Полуволновое управление фазой

Управление фазой является наиболее распространенной формой тиристорного управления мощностью переменного тока, и базовая схема управления фазой переменного тока может быть построена, как показано выше. Здесь напряжение затвора тиристоров выводится из цепи зарядки RC через триггерный диод D 1 .

Во время положительного полупериода, когда тиристор смещен в прямом направлении, конденсатор C заряжается через резистор R 1 в соответствии с напряжением питания переменного тока. Затвор активируется только тогда, когда напряжение в точке А поднимается достаточно, чтобы вызвать ток триггерного диода D 1 , и конденсатор разряжается на затвор тиристора, переводя его в состояние «ВКЛ». Продолжительность положительной половины цикла, в которой начинается проводимость, регулируется постоянной времени RC, установленной переменным резистором R 1 .

Увеличение значения R 1 приводит к задержке напряжения срабатывания и тока, подаваемого на затвор тиристора, что, в свою очередь, вызывает задержку во времени проводимости устройства. В результате доля полупериода, в течение которого устройство проводит, может регулироваться в диапазоне от 0 до 180 o , что означает, что можно регулировать среднюю мощность, рассеиваемую лампой. Однако тиристор является однонаправленным устройством, поэтому в течение каждого положительного полупериода может подаваться не более 50% мощности.

Существует множество способов добиться 100% -ного управления двухполупериодным переменным током с использованием «тиристоров». Один из способов — включить один тиристор в схему диодного моста выпрямителя, которая преобразует переменный ток в однонаправленный ток через тиристор, в то время как более распространенный метод — использовать два тиристора, соединенных обратно параллельно. Более практичным подходом является использование одного Triac , поскольку это устройство может срабатывать в обоих направлениях, что делает их пригодными для коммутации переменного тока.

PhD исследования, бумажные публикации, бумажные публикации, научные публикации

Paper Publications — одна из ведущих индийских организаций по публикации исследовательских работ. Это объединение хорошо известных ученых, заслуженных профессоров, профессоров-исследователей, академиков и отраслевых консультантов для самого широкого распространения знаний по всему миру.Наша деятельность — международная публикация статей, организация конференций на международном и национальном уровне, публикация материалов конференций и поддержка исследовательской работы отдельных ученых и авторских коллективов. Мы работаем с авторами, чтобы подготовить публикации, характеризующиеся исключительно высоким качеством исследований. Нашим главным приоритетом является быстрое распространение научных знаний, поэтому все наши международные журналы имеют открытый доступ.

В состав нашего редакционного и консультативного совета входят известные авторы, профессора-исследователи ведущих университетов, выдающиеся академики из Великобритании, Франции, Германии, России, Индии, Малайзии, Соединенных Штатов Америки, Канады, Италии, Греции, Японии, Юга. Корея и Иран и многие другие.Члены нашей редакционной коллегии признательны за огромный оригинальный вклад в исследовательскую работу и получают большие исследовательские гранты от международной организации с высоким статусом. Многие члены редакционной коллегии постоянно работают в научно-исследовательских лабораториях для достижения качества и инноваций в исследованиях.

Все международные журналы публикаций Paper выбирают процесс двойного слепого рецензирования. Эта процедура обзора принята, в частности, для поддержания высокого качества публикации исследований во всех журналах.В этом случае автор и рецензент незнакомы друг с другом, поэтому автор защищен от предубеждений при принятии решения о рецензировании. Помимо публикации научно-исследовательской работы, обзорной статьи, письма редактору и краткой заметки; Paper Publication также публикует полные или частичные диссертации, магистерские и дипломные проекты и диссертации.

В целом наш журнал посвящен темам, связанным с медицинскими науками, психологией, ветеринарными науками, здравоохранением, социальными науками, экономикой, социологией, науками о жизни, гуманитарными науками, менеджментом, инженерией и технологиями.У нас тоже есть отдельный сегмент — международный журнал, который занимается междисциплинарными и междисциплинарными областями исследований. Мы постоянно стремимся стать первоклассными поставщиками научных знаний. Мы предоставляем международные журналы с полным открытым доступом для распространения качественных исследований, знаний и образования среди человечества. В бумажном издании приветствуется авторский стиль написания рукописи. Автору предоставляется полная свобода без наложения каких-либо ограничений на размер статьи или количество страниц.

Выпрямитель с кремниевым управлением (SCR) | Тиристоры

Диоды Шокли и выпрямители с кремниевым управлением (SCR)

Диоды Шокли

— любопытные устройства, но их применение весьма ограничено. Однако их полезность можно расширить, оснастив их другим средством фиксации. При этом каждое из них становится настоящим усилительным устройством (хотя бы в режиме включения / выключения), и мы называем их кремниевыми выпрямителями или тиристорами.

Переход от диода Шокли к SCR достигается одним небольшим дополнением, фактически не более чем подключением третьего провода к существующей структуре PNPN: (рисунок ниже)

Кремниевый выпрямитель (SCR)

SCR Проводимость

Если затвор SCR остается плавающим (отключенным), он ведет себя точно так же, как диод Шокли.Он может фиксироваться напряжением размыкания или превышением критической скорости нарастания напряжения между анодом и катодом, как и в случае диода Шокли. Отключение достигается за счет уменьшения тока до тех пор, пока один или оба внутренних транзистора не перейдут в режим отсечки, также как диод Шокли. Однако, поскольку вывод затвора подключается непосредственно к базе нижнего транзистора, его можно использовать в качестве альтернативного средства для фиксации тринистора. При приложении небольшого напряжения между затвором и катодом нижний транзистор будет принудительно включаться результирующим током базы, что приведет к тому, что верхний транзистор будет проводить ток, который затем подает ток на базу нижнего транзистора, так что его больше не нужно активировать. напряжением затвора.Необходимый ток затвора для инициирования фиксации, конечно, будет намного ниже, чем ток через SCR от катода к аноду, поэтому SCR действительно обеспечивает некоторое усиление.

Запуск / срабатывание

Этот метод обеспечения проводимости SCR называется запуском или срабатыванием, и это, безусловно, наиболее распространенный способ фиксации SCR на практике. Фактически, тиристоры обычно выбираются так, чтобы их напряжение переключения намного превышало максимальное напряжение, которое ожидается от источника питания, поэтому его можно включить только с помощью преднамеренного импульса напряжения, приложенного к затвору.

Обратное срабатывание

Следует отметить, что тиристоры могут иногда отключаться путем прямого замыкания их выводов затвора и катода вместе или путем «обратного запуска» затвора отрицательным напряжением (относительно катода), так что нижний транзистор принудительно запускается. в отсечку. Я говорю, что это «иногда» возможно, потому что при этом весь ток коллектора верхнего транзистора шунтируется через базу нижнего транзистора. Этот ток может быть значительным, что в лучшем случае затрудняет триггерное отключение SCR.Вариант SCR, называемый тиристором с выключенным затвором, или GTO, упрощает эту задачу. Но даже с GTO ток затвора, необходимый для его выключения, может составлять до 20% от анодного (нагрузки) тока! Схематический символ GTO показан на следующем рисунке: (Рисунок ниже)

Тиристор выключения затвора (ГТО)

SCR против GTO

SCR и GTO имеют одинаковую эквивалентную схему (два транзистора, подключенных по принципу положительной обратной связи), единственные отличия заключаются в деталях конструкции, предназначенных для предоставления транзистору NPN большего β, чем PNP.Это позволяет меньшему току затвора (прямому или обратному) оказывать большую степень контроля над проводимостью от катода к аноду, при этом фиксированное состояние транзистора PNP в большей степени зависит от NPN, чем наоборот. Тиристор с выключенным затвором также известен под названием Gate-Controlled Switch, или GCS.

Проверка работоспособности тринистора с помощью омметра

Элементарный тест функции SCR или, по крайней мере, идентификация клеммы может быть выполнен с помощью омметра. Поскольку внутреннее соединение между затвором и катодом является одним PN-переходом, измеритель должен показывать непрерывность между этими выводами с помощью красного измерительного провода на затворе и черного измерительного провода на катоде следующим образом: (Рисунок ниже)

Элементарное испытание SCR

Все остальные измерения целостности, выполненные на SCR, будут показывать «разомкнут» («OL» на некоторых дисплеях цифровых мультиметров).Следует понимать, что этот тест является очень грубым и не представляет собой исчерпывающую оценку SCR. SCR может давать хорошие показания омметра и при этом быть неисправным. В конце концов, единственный способ проверить SCR — это подвергнуть его току нагрузки.

Если вы используете мультиметр с функцией «проверки диодов», полученное вами показание напряжения перехода затвор-катод может соответствовать или не соответствовать ожидаемому от кремниевого PN перехода (приблизительно 0,7 В).В некоторых случаях вы увидите гораздо более низкое напряжение перехода: всего сотые доли вольта. Это связано с внутренним резистором, подключенным между затвором и катодом, встроенным в некоторые тиристоры. Этот резистор добавлен, чтобы сделать тиристор менее восприимчивым к ложному срабатыванию из-за паразитных скачков напряжения, «шума» цепи или статического электрического разряда. Другими словами, наличие резистора, подключенного к переходу затвор-катод, требует подачи сильного пускового сигнала (значительного тока) для фиксации тиристора.Эта функция часто встречается в больших SCR, а не в маленьких SCR. Помните, что SCR с внутренним резистором, подключенным между затвором и катодом, будет указывать на непрерывность в обоих направлениях между этими двумя клеммами: (рисунок ниже)

Большие тиристоры имеют резистор между катодом и затвором.

Тиристоры с чувствительным затвором

«Нормальные» тиристоры без этого внутреннего резистора иногда называют чувствительными тиристорами затвора из-за их способности запускаться при малейшем положительном сигнале затвора.

Испытательная схема для SCR практична как диагностический инструмент для проверки подозреваемых SCR, а также является отличным помощником для понимания основных операций SCR. Источник постоянного напряжения используется для питания схемы, а два кнопочных переключателя используются для фиксации и разблокировки тиристора, соответственно: (рисунок ниже)

Схема тестирования SCR

При нажатии нормально разомкнутого кнопочного переключателя затвор соединяется с анодом, пропуская ток от положительной клеммы батареи, через нагрузочный резистор, через переключатель, через PN переход катод-затвор и обратно к батарее. .Этот ток затвора должен вынудить SCR зафиксироваться, позволяя току проходить напрямую от анода к катоду без дальнейшего запуска через затвор. Когда кнопка «Вкл.» Отпущена, нагрузка должна оставаться под напряжением.

Нажатие нормально замкнутого кнопочного переключателя «Выкл.» Разрывает цепь, заставляя ток через тиристор останавливаться, тем самым вынуждая его отключиться (выпадение слабого тока).

Текущий ток

Если SCR не срабатывает, проблема может быть в нагрузке, а не в SCR.Определенная минимальная величина тока нагрузки требуется, чтобы удерживать тиристор во включенном состоянии. Этот минимальный уровень тока называется током удержания. Нагрузка со слишком большим значением сопротивления может не потреблять достаточно тока, чтобы удерживать тиристор в защелкивании, когда ток затвора прекращается, что создает ложное впечатление о плохом (нефиксируемом) тиристоре в тестовой цепи. Значения удерживаемого тока для различных тиристоров должны быть доступны у производителей. Типичные значения удерживающего тока находятся в диапазоне от 1 миллиампер до 50 миллиампер или более для более крупных устройств.

Для того, чтобы тест был полностью исчерпывающим, необходимо протестировать не только запускающее действие. Предел прямого напряжения переключения SCR можно проверить, увеличив подачу постоянного напряжения (без нажатия кнопочного переключателя) до тех пор, пока SCR не защелкнется сам по себе. Помните, что испытание на отключение может потребовать очень высокого напряжения: многие силовые тиристоры имеют номинальное напряжение размыкания 600 вольт или более! Кроме того, если доступен генератор импульсного напряжения, критическая скорость нарастания напряжения для SCR может быть проверена таким же образом: подвергнуть его импульсному напряжению питания с разной скоростью вольт / время без срабатывания кнопочных переключателей и посмотреть, когда он защелкнется.

В этой простой форме испытательная схема SCR может быть достаточной в качестве схемы управления пуском / остановом для двигателя постоянного тока, лампы или другой практической нагрузки: (рисунок ниже)

Цепь управления пуском / остановом двигателя постоянного тока

Цепь «лом»

Еще одно практическое применение SCR в цепи постоянного тока — это устройство лома для защиты от перенапряжения. Цепь «лома» состоит из тиристора, размещенного параллельно с выходом источника питания постоянного тока, для прямого короткого замыкания на выходе этого источника, чтобы предотвратить попадание чрезмерного напряжения на нагрузку.Повреждение SCR и источника питания предотвращается разумным размещением предохранителя или значительным последовательным сопротивлением перед SCR для ограничения тока короткого замыкания: (рисунок ниже)

Цепь лома, используемая в источнике питания постоянного тока

Некоторые устройства или схемы, измеряющие выходное напряжение, будут подключены к затвору SCR, так что при возникновении состояния перенапряжения напряжение будет приложено между затвором и катодом, запустив SCR и заставив плавкий предохранитель перегореть.Эффект будет примерно таким же, как при падении прочного стального лома прямо на выходные клеммы источника питания, отсюда и название схемы.

Большинство приложений SCR предназначены для управления мощностью переменного тока, несмотря на то, что SCR по своей сути являются устройствами постоянного тока (однонаправленными). Если требуется двунаправленный ток в цепи, можно использовать несколько тиристоров, один или несколько тиристоров обращены в каждом направлении, чтобы управлять током через оба полупериода волны переменного тока. Основная причина, по которой тиристоры вообще используются для управления мощностью переменного тока, — это уникальная реакция тиристора на переменный ток.Как мы видели, тиратронная лампа (версия SCR с электронной лампой) и DIAC, гистерезисное устройство, срабатывающее во время части полупериода переменного тока, будут фиксироваться и оставаться включенными в течение оставшейся части полупериода до тех пор, пока переменный ток ток уменьшается до нуля, так как он должен начинать следующий полупериод. Непосредственно перед точкой перехода через ноль формы сигнала тока тиристор выключится из-за недостаточного тока (это поведение также известно как естественная коммутация) и должен снова включиться в течение следующего цикла.В результате ток в цепи эквивалентен «нарезанной» синусоидальной волне. Для обзора, вот график реакции DIAC на напряжение переменного тока, пик которого превышает напряжение отключения DIAC: (рисунок ниже)

Двунаправленный ответ DIAC

Для DIAC этот предел напряжения отключения был фиксированной величиной. С помощью SCR мы можем точно контролировать момент фиксации устройства, запуская логический элемент в любой момент времени на осциллограмме. Подключив подходящую схему управления к затвору SCR, мы можем «разрезать» синусоидальную волну в любой точке, чтобы обеспечить пропорциональное во времени управление мощностью нагрузки.

В качестве примера возьмем схему на рисунке ниже. Здесь SCR расположен в цепи для управления мощностью нагрузки от источника переменного тока.


SCR-контроль переменного тока

Будучи однонаправленным (односторонним) устройством, в лучшем случае мы можем подавать на нагрузку только полуволновую мощность в полупериоде переменного тока, когда полярность напряжения питания положительная вверху и отрицательная внизу. Однако для демонстрации основной концепции пропорционального времени управления эта простая схема лучше, чем одна схема управления двухполупериодной мощностью (для которой потребовалось бы два SCR).

При отсутствии срабатывания затвора и напряжении источника переменного тока значительно ниже номинального напряжения отключения тиристора, тиристор никогда не включится. Подключение затвора SCR к аноду через стандартный выпрямительный диод (для предотвращения обратного тока через затвор в случае, если SCR содержит встроенный резистор затвор-катод), позволит срабатывать SCR почти сразу в начале каждый положительный полупериод: (рисунок ниже)

Затвор подключен напрямую к аноду через диод; почти полная полуволна тока через нагрузку.

Задержка срабатывания триггера SCR

Мы можем задержать срабатывание SCR, однако, добавив некоторое сопротивление в схему затвора, увеличив таким образом величину падения напряжения, требуемого до того, как достаточный ток затвора запустит SCR. Другими словами, если мы усложним прохождение тока через затвор, добавив сопротивление, переменное напряжение должно будет достичь более высокой точки в своем цикле, прежде чем ток затвора станет достаточным для включения SCR. Результат показан на рисунке ниже.

В цепь затвора вставлено сопротивление; менее полуволны тока через нагрузку.

Поскольку полусинусоидальная волна в большей степени прерывается задержкой срабатывания тринистора, нагрузка получает меньшую среднюю мощность (мощность доставляется в течение меньшего времени в течение цикла). Сделав резистор последовательного затвора переменным, мы можем отрегулировать пропорциональную во времени мощность: (рисунок ниже)

Увеличение сопротивления приводит к повышению порогового уровня, в результате чего на нагрузку подается меньшая мощность.Уменьшение сопротивления снижает пороговый уровень, в результате чего на нагрузку поступает больше мощности.

К сожалению, эта схема управления имеет существенное ограничение. При использовании сигнала источника переменного тока для нашего триггерного сигнала SCR мы ограничиваем управление первой половиной полупериода сигнала. Другими словами, мы не можем ждать, пока волна не достигнет пика, чтобы запустить SCR. Это означает, что мы можем уменьшить мощность только до точки, в которой SCR включается на самом пике волны: (Рисунок ниже)

Цепь при минимальной мощности

Повышение порога срабатывания еще больше приведет к тому, что схема вообще не сработает, поскольку даже пика напряжения питания переменного тока не будет достаточно для срабатывания тринистора.В результате на нагрузку не подается питание.

Гениальное решение этой дилеммы управления заключается в добавлении в схему фазосдвигающего конденсатора: (рисунок ниже)

Добавление в схему фазовращающего конденсатора

Меньшая форма волны, показанная на графике, представляет собой напряжение на конденсаторе. Чтобы проиллюстрировать фазовый сдвиг, я предполагаю состояние максимального управляющего сопротивления, при котором тиристор не срабатывает вообще без тока нагрузки, за исключением того небольшого тока, который проходит через управляющий резистор и конденсатор.Это напряжение конденсатора будет сдвинуто по фазе в любом месте от 0 ° до 90 °, отставая от формы сигнала переменного тока источника питания. Когда это сдвинутое по фазе напряжение достигает достаточно высокого уровня, срабатывает тиристор.

При достаточном напряжении на конденсаторе для периодического срабатывания тринистора, результирующая форма волны тока нагрузки будет выглядеть примерно так, как показано на рисунке ниже).

Сигнал со сдвигом фазы запускает SCR в проводимость.

Поскольку форма волны конденсатора все еще нарастает после того, как форма волны основной мощности переменного тока достигла своего пика, становится возможным запускать SCR на пороговом уровне, превышающем этот пик, тем самым прерывая волну тока нагрузки дальше, чем это было возможно с более простой схемой.На самом деле форма волны напряжения конденсатора немного сложнее, чем то, что показано здесь, ее синусоидальная форма искажается каждый раз, когда тиристор срабатывает. Однако то, что я пытаюсь проиллюстрировать здесь, — это отложенное срабатывание триггера, получаемое с помощью фазосдвигающей RC-цепи; таким образом, упрощенная, неискаженная форма сигнала хорошо служит этой цели.

Запуск SCR сложными схемами

SCR также могут запускаться или «запускаться» более сложными схемами. В то время как показанная ранее схема достаточна для простого применения, такого как управление лампой, для управления крупными промышленными двигателями часто используются более сложные методы запуска.Иногда импульсные трансформаторы используются для соединения цепи запуска с затвором и катодом тринистора, чтобы обеспечить электрическую изоляцию между цепями запуска и питания.

Трансформаторная развязка триггерного сигнала обеспечивает развязку.

Когда несколько тиристоров используются для управления мощностью, их катоды часто не являются электрически общими, что затрудняет подключение одной цепи запуска ко всем тиристорам в равной степени. Примером этого является управляемый мостовой выпрямитель, показанный на рисунке ниже.

Управляемый мостовой выпрямитель

В любой схеме мостового выпрямителя выпрямительные диоды (в данном примере это выпрямительные тиристоры) должны проводить встречные пары. SCR1 и SCR3 должны запускаться одновременно, а SCR2 и SCR4 должны запускаться вместе как пара. Однако, как вы заметите, эти пары тиристоров не используют одни и те же катодные соединения, а это означает, что просто параллельное соединение их соответствующих затворов и подключение одного источника напряжения для запуска обоих не получится: (рисунок ниже)

Эта стратегия не будет работать для запуска SCR2 и SCR4 как пары.

Хотя показанный источник напряжения запуска будет запускать SCR4, он не будет запускать SCR2 должным образом, потому что два тиристора не имеют общего катодного соединения для опорного напряжения запуска. Однако импульсные трансформаторы, соединяющие два тиристорных затвора с общим источником пускового напряжения, будут работать: (рисунок ниже)

Трансформаторная муфта затворов позволяет срабатывать SCR2 и SCR4.

Имейте в виду, что на этой схеме показаны соединения затвора только для двух из четырех тиристоров.Импульсные трансформаторы и источники запуска для SCR1 и SCR3, а также детали самих источников импульсов для простоты опущены.

Управляемые мостовые выпрямители не ограничиваются однофазными конструкциями. В большинстве промышленных систем управления питание переменного тока доступно в трехфазной форме для максимальной эффективности, и полупроводниковые схемы управления построены для использования этого преимущества. Схема трехфазного управляемого выпрямителя, построенная на тиристорах, без показанных импульсных трансформаторов или схемы запуска, будет выглядеть, как показано на рисунке ниже.

Трехфазный мост SCR контроль нагрузки

ОБЗОР: Кремниевый выпрямитель, или SCR, по сути, представляет собой диод Шокли с добавленной дополнительной клеммой. Этот дополнительный вывод называется затвором, и он используется для запуска устройства в режим проводимости (фиксации его) путем приложения небольшого напряжения. Чтобы запустить или запустить SCR, необходимо приложить напряжение между затвором и катодом, положительное к затвору и отрицательное к катоду.

При тестировании SCR мгновенного соединения между затвором и анодом достаточно полярности, интенсивности и продолжительности для его запуска.SCR могут срабатывать при преднамеренном срабатывании вывода затвора, чрезмерном напряжении (пробое) между анодом и катодом или чрезмерной скорости нарастания напряжения между анодом и катодом. Тиристоры могут быть отключены анодным током, падающим ниже значения удерживающего тока (слабый ток выпадения) или «обратным зажиганием» затвора (подачей отрицательного напряжения на затвор). Обратное срабатывание только иногда эффективно и всегда связано с большим током затвора.

Вариант SCR, называемый тиристором с выключением затвора (GTO), специально разработан для отключения посредством обратного запуска.Даже в этом случае для обратного запуска требуется довольно большой ток: обычно 20% анодного тока. Клеммы SCR могут быть идентифицированы измерителем непрерывности: единственными двумя клеммами, показывающими какую-либо непрерывность между ними, должны быть затвор и катод. Выводы затвора и катода подключаются к PN-переходу внутри SCR, поэтому измеритель целостности цепи должен иметь диодоподобное показание между этими двумя выводами с красным (+) выводом на затворе и черным (-) выводом на катоде. Однако помните, что некоторые большие тиристоры имеют внутренний резистор, подключенный между затвором и катодом, что повлияет на любые показания целостности цепи, снятые измерителем.

SCR

— настоящие выпрямители: они пропускают через себя ток только в одном направлении. Это означает, что они не могут использоваться отдельно для управления двухполупериодной мощностью переменного тока. Если диоды в цепи выпрямителя заменены на тиристоры, у вас есть задатки схемы управляемого выпрямителя, в соответствии с которой мощность постоянного тока на нагрузке может быть пропорциональной по времени за счет срабатывания тиристоров в разных точках формы волны переменного тока.

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

SCR Тиристорный регулятор фазы | Схема

Регулировка фазы — наиболее распространенный метод, применяемый при регулировании мощности тиристоров.Там, где используются методы управления фазой, используется только часть волны переменного тока. Тиристорные устройства блокируют проводимость до тех пор, пока они не перейдут во включенное состояние.

Срабатывание тиристора может произойти в любой момент в данном полупериоде. Чем дольше задерживается срабатывание, тем ниже будет напряжение нагрузки.

Использование тиристора, такого как тиристор, тиристор GTO или симистор с подходящей схемой запуска, позволит плавно изменять напряжение нагрузки от нуля до максимально доступного значения.

Напряжение нагрузки фактически регулируется углом срабатывания тиристора α. Угол срабатывания триггера является показателем задержки срабатывания триггера и измеряется в электрических градусах. Когда напряжение нагрузки максимально, угол срабатывания равен нулю.

Методы фазового регулирования могут быть одинаково хорошо применены к нагрузкам постоянного и переменного тока, питаемых от источника переменного тока. В случае нагрузок постоянного тока изменяется среднее напряжение нагрузки, в то время как в случае нагрузок переменного тока изменяется среднеквадратичное напряжение нагрузки.В обоих случаях это приводит к колебаниям средней мощности нагрузки.

На рисунке 1 показаны типичные формы сигналов напряжения нагрузки для управляемой нагрузки постоянного тока, где используются методы фазового управления.

Рис. 1 Формы напряжения для нагрузки постоянного тока с фазовым управлением

Из этих форм сигналов обратите внимание, что для высокой мощности нагрузки угол запуска мал, а угол проводимости θ , период, в течение которого тиристор проводит, большой.Для низкой мощности нагрузки α является большим, а θ — маленьким. По мере увеличения угла триггера угол проводимости уменьшается. Для цепей, в которых питание однофазное, а нагрузка резистивная:

На рисунке 2 показаны типичные формы сигналов для ситуации, когда для управления мощностью в нагрузке переменного тока используются методы управления фазой. Принципы идентичны принципам применения постоянного тока, с той лишь разницей, что ток нагрузки является двунаправленным.

Рисунок 2 Осциллограммы напряжения для нагрузки переменного тока с фазовым управлением

Преимущества фазового управления:

  • Широкий спектр приложений, от очень низкой до очень высокой мощности
  • Высокая эффективность
  • Малая размер, компактная комплектация
  • Умеренная стоимость.

Фазовое управление имеет два основных недостатка:

  • «Прерванная» форма волны создает гармоники (кратные частоте питания), которые отражаются обратно в систему питания.Эти гармоники могут в крайних случаях мешать работе другого оборудования.
  • Быстрое переключение тиристоров вызывает очень быстрое повышение тока нагрузки, вызывая высокочастотные колебания. Частота этих колебаний обычно находится в диапазоне вещания AM и может создавать помехи для оборудования связи, работающего на этих частотах. Колебания, называемые радиочастотными помехами (RFI), могут излучаться напрямую, но также могут проникать в систему питания. ВЧ-помехи, создаваемые тиристорными цепями, возрастают по мере приближения угла триггера к 90 °.Он минимален, когда срабатывание происходит при 0 ° или 180 °. Возврат радиопомех в систему питания можно предотвратить с помощью схем подавления радиопомех, как показано на , рис. , , 3, .

Рис. 3 Подавление радиопомех

На радиочастотах конденсатор обеспечивает путь с низким сопротивлением, по которому радиопомехи, генерируемые тиристором, возвращаются в тиристор. Для частот линий электропередачи конденсатор имеет высокий импеданс и не влияет на работу электрооборудования.

Катушка индуктивности обеспечивает путь с высоким сопротивлением для высокочастотных колебаний, пытающихся проникнуть в источник питания. На частотах линии электропередачи он обеспечивает минимальное сопротивление и не влияет на работу электрооборудования.

Полупериодный управляемый выпрямитель — однофазный

Функция этой схемы заключается в управлении средним значением мощности в нагрузке постоянного тока, питаемой от источника переменного тока. Это достигается за счет управления средним значением напряжения нагрузки с использованием методов управления фазой.

Конфигурация схемы аналогична однофазному однополупериодному выпрямителю, главное изменение состоит в том, что диод заменен на тиристор. Также должна быть включена цепь запуска для управления SCR. Возможны многие варианты схемы запуска. Будет обсуждаться только одна схема запуска.

Эксплуатация

В схеме этого типа необходимо сконфигурировать схему запуска так, чтобы импульсы запуска могли изменяться от начала положительного полупериода до конца полупериода.Импульсы должны быть синхронизированы с сетью, чтобы при заданной настройке RV 1 задержка запуска была одинаковой в каждом положительном полупериоде.

В цепи в Рисунок 4 , D 1 , R 1 и ZD 1 обеспечивают регулируемое питание для цепи триггера UJT. Цепь триггера подключена таким образом, что при срабатывании тринистора триггерная цепь эффективно замыкается накоротко из-за очень низкого прямого падения напряжения на проводящем тиристоре.Это приводит к:

  • Только один импульс запуска в каждом положительном полупериоде
  • Время, необходимое конденсатору для достижения пикового напряжения и, следовательно, заставляет UJT запускать SCR, одинаковое в каждом положительном полупериоде.

Рисунок 4 Однофазный полуволновой управляемый выпрямитель

По мере увеличения времени, необходимого для повышения напряжения конденсатора до пикового напряжения UJT, срабатывание SCR откладывается дальше на каждый плюс полупериод, вызывающий снижение среднего напряжения нагрузки.Угол срабатывания регулируется настройкой на RV 1 . По мере увеличения RV 1 постоянная времени в цепи триггера увеличивается, увеличивая угол триггера. Точно так же, если настройка на RV 1 уменьшается, постоянная времени и угол срабатывания триггера уменьшаются.

Когда RV 1 имеет минимальное значение, угол срабатывания будет равен нулю, а напряжение нагрузки будет максимальным.

Это значение идентично значению, полученному от неуправляемого однофазного полуволнового выпрямителя.

Когда RV 1 установлено на максимальное значение, угол срабатывания будет 180 °, а напряжение нагрузки будет нулевым. Для углов срабатывания от 0 ° до 180 ° напряжение нагрузки определяется по следующей формуле:

Пример 1

Определите напряжение нагрузки постоянного тока, подаваемое от однофазного полуволнового выпрямителя, где переменный ток входное напряжение — 240 В, угол срабатывания — 60 °.

Пиковое обратное напряжение, которому подвергается SCR, также важно и находится из:

Пример 2

В Пример 1 входное напряжение переменного тока составляло 240 В. Определите требуемый номинал PRV. ЮКЖД.

Управляемый однофазный полуволновой выпрямитель имеет недостатки, аналогичные недостаткам неуправляемого однофазного полуволнового выпрямителя. Наиболее важными из них являются:

  • Низкий выход постоянного тока для данного входа переменного тока
  • Низкая частота пульсаций и «грубая» форма волны напряжения нагрузки
  • Насыщение сердечника питающего трансформатора при высоком токе нагрузки.

Формы сигналов

Рисунок 5 показывает типичные формы сигналов для схемы в Рисунок 4 , когда угол запуска установлен на 60 °.

Рисунок 5 Формы сигналов однофазного полуволнового управляемого выпрямителя

Из-за характера формы волны напряжения нагрузки и других недостатков однофазный полуволновой управляемый выпрямитель находит мало применений в промышленности. Напротив, многофазные выпрямители с полуволновым управлением широко используются.

Полнополупериодный управляемый выпрямитель — однофазный

Эта схема выпрямителя преодолевает основные недостатки полуволнового управляемого выпрямителя. Единственный способ добиться дальнейшего улучшения характеристик — это использовать многофазные выпрямители.

Однофазный двухполупериодный управляемый выпрямитель имеет форму мостового выпрямителя, однако он может иметь одну из следующих форм:

  • Два тиристора и два диода — полууправляемый мост
  • Четыре тиристора — a полностью управляемый мост.

Здесь будет обсуждаться только полууправляемый мост, потому что полностью управляемый мост не дает никаких преимуществ при питании резистивных нагрузок, но требует более сложной схемы запуска. Полностью управляемые мосты используются в таких приложениях, как управление скоростью двигателя постоянного тока, где требуется рекуперативное торможение.

Полууправляемый мостовой выпрямитель

Полууправляемый мост показан на Рисунок 6.

Рисунок 6 Однофазный полууправляемый мостовой выпрямитель

В этой схеме ток нагрузки за один полупериод подается через SCR 1 и D 2 , причем SCR 2 и D 1 имеют обратное смещение.В следующем полупериоде ток нагрузки подается через SCR 2 и D 1 с SCR 1 и D 2 с обратным смещением. Разумеется, ток нагрузки не может протекать, пока соответствующий тиристор не перейдет во включенное состояние.

SCR и диоды в этой цепи работают с 50-процентным рабочим циклом; то есть они проводят только 50 процентов времени. Этот факт можно принять во внимание с некоторой степенью осторожности при выборе номинального тока для тиристоров и диодов для конкретного применения.

Способ, которым схема запуска сконфигурирована в этой схеме, таков, что каждый SCR будет получать несколько импульсов запуска в каждом полупериоде. Однако это обычно не представляет проблемы, потому что импульс запуска не влияет на проводящий тиристор или на тиристор с обратным смещением.

Как и у полуволнового выпрямителя, выходное напряжение этой цепи регулируется потенциометром в цепи триггера.

Когда α = 0 °, напряжение нагрузки является максимальным, и:

Когда α = 180 °, напряжение нагрузки равно нулю.Для углов срабатывания от 0 ° до 180 ° напряжение нагрузки может быть определено из следующего выражения:

Пример 3

Определите напряжение нагрузки постоянного тока, подаваемое от однофазного полууправляемого мостового выпрямителя, где вход переменного тока напряжение составляет 240 В, а угол срабатывания установлен на 60 °.

SCR и диоды в этой цепи подвергаются тому же самому PRV, что и диоды в однофазном неуправляемом мостовом выпрямителе, то есть:

Пример 4

В схеме Рисунок 6 входное напряжение переменного тока составляет 240 В.Определите требуемый номинал PRV тиристоров и диодов.

Обратите внимание, что выходное напряжение для этой схемы в два раза больше, чем у полуволнового выпрямителя для того же угла запуска. Управляемый мостовой выпрямитель лучше подходит и обычно используется для питания нагрузок малой и средней мощности.

Схема на рис. 6 может быть изменена для настройки схемы запуска так, чтобы в каждом полупериоде подавался только один импульс запуска, как на рис. 7 .Оба SCR по-прежнему срабатывают одновременно; однако будет включен только SCR с прямым смещением.

Рисунок 7 Однофазный полууправляемый мостовой выпрямитель с модифицированной схемой запуска

Формы сигналов

Типичные формы сигналов для однофазной схемы мостового выпрямителя с полууправлением, где угол запуска установлен на 60 ° , показаны на Рисунке 8 .

Рис. 8 Формы сигналов однофазного полууправляемого моста

Сравнивая эти формы сигналов, в частности форму сигнала напряжения нагрузки, с сигналами Рис. 5 , можно увидеть, что источник питания лучше используется форма волны.Поскольку используются оба полупериода питания, проблема насыщения питающего трансформатора при высоких токах нагрузки решается.

Кроме того, поскольку периоды между импульсами напряжения нагрузки короче (вдвое больше частоты пульсаций), мощность нагрузки более плавная. Это особенно очевидно, когда нагрузкой является якорь двигателя постоянного тока, где крутящий момент может быть пульсирующим, если выход выпрямителя аналогичен схеме полуволнового выпрямителя.

[PDF] Контроллер обратной связи для 3-фазного 6-пульсного выпрямителя

ПОКАЗЫВАЕТ 1-10 ИЗ 18 ССЫЛОК

СОРТИРОВАТЬ по релевантностиСамые популярные статьиНовинка

Мощные преобразователи и приводы переменного тока

Предисловие.Часть первая Введение. 1. Введение. 1.1 Введение. 1.2 Технические требования и проблемы. 1.3 Конфигурации конвертера. Промышленные приводы 1,4 МВ. 1.5 Резюме. Ссылки.… Развернуть

  • Просмотреть 1 отрывок, справочная информация

Анализ гармоник для 6-пульсного выпрямителя

Когда синусоидальное напряжение преобразуется в постоянное напряжение в средневольтных мощных приложениях, в выпрямителе используются переключающие устройства схема вводит гармоническую составляющую в электрическую сеть.… Развернуть

  • Посмотреть 2 выдержки, ссылки на методы

Реализация преобразователя переменного тока в постоянный с использованием тиристора в ATP

Кремниевые диоды широко используются для преобразования переменного тока в постоянный. Диоды начинают проводить ток, когда они смещены в прямом направлении, и начинают вырабатывать постоянное напряжение на выходе, но выходное напряжение … Развернуть

  • Посмотреть 2 выдержки, ссылки на методы

Управление пульсациями в преобразователе переменного тока в постоянный

Коэффициент пульсаций для вышеупомянутых выпрямителей с резистивной нагрузкой представлена ​​математически и наглядно и улучшена в 40% за счет использования 2-х импульсного выпрямителя вместо 1-импульсного выпрямителя.Развернуть
  • Просмотр 1 отрывок, ссылки на методы

Большие статические преобразователи для промышленности и коммунальных служб

Описывается нынешнее состояние крупных статических преобразователей с акцентом на их приложениях в коммунальных службах и промышленности, а также на их будущие перспективы и направления в 21-м века описаны, в том числе личные взгляды и ожидания автора. Развернуть
  • Просмотреть 1 отрывок, справочная информация

Введение в современную силовую электронику

Предисловие.1 Принципы и методы преобразования электроэнергии. 1.1 Что такое силовая электроника? 1.2 Универсальный преобразователь мощности. 1.3 Компоненты формы волны и показатели качества. 1.4 Фазовое управление. 1.5 Pulse… Expand

Выпрямители, циклоконвертеры и контроллеры переменного тока

1 .: Пролог. 2 .: Простые односторонние выпрямители. 3 .: Трехфазные мостовые выпрямители. 4 .: Соображения гейтинга. 5 .: Эффекты конечного импеданса. 6 .: прерывистая проводимость. 7 .: Конденсатор… Развернуть

Конструкция фильтра

для преобразователя переменного тока в постоянный

Электропитание переменного тока доступно на коммерческой основе по низкой цене.Электропитание постоянного тока относительно дорогое в производстве. Следовательно, требуется относительно менее затратный способ преобразования переменного тока в постоянный в качестве источника постоянного тока… Развернуть

  • Посмотреть 1 отрывок, ссылки на методы

Работа схемы выпрямителя с фазным управлением и ее приложения

В отличие от диодных выпрямителей, PCR или выпрямители с фазовым управлением имеют преимущество регулирования выходного напряжения. Диодные выпрямители называют неуправляемыми выпрямителями. Когда эти диоды переключаются с тиристорами, он становится фазоуправляемым выпрямителем.Напряжение o / p можно регулировать, изменяя угол включения тиристоров. Основное применение этих выпрямителей — регулирование скорости двигателя постоянного тока.


Что такое выпрямитель с фазовым управлением?

Термин PCR или выпрямитель с фазовым управлением — это один из типов выпрямительной схемы, в которой диоды переключаются с помощью тиристоров или тиристоров (выпрямителей с кремниевым управлением). В то время как диоды не позволяют управлять напряжением o / p, тиристоры можно использовать для изменения выходного напряжения, регулируя угол зажигания или задержку.Тиристор с фазовым управлением активируется подачей короткого импульса на его клемму затвора, и он деактивируется из-за связи по линии или естественного происхождения. В случае большой индуктивной нагрузки он отключается включением другого тиристора выпрямителя во время отрицательного полупериода напряжения i / p.

Типы выпрямителей с фазовым управлением

Выпрямители с фазовым управлением подразделяются на два типа в зависимости от типа источника питания i / p. И каждый вид включает в себя полу-, полный и сдвоенный преобразователь.

Типы выпрямителя с фазовым управлением
Однофазный выпрямитель с регулируемым управлением

Выпрямитель этого типа, который работает от однофазного источника переменного тока i / p.

Однофазные управляемые выпрямители

подразделяются на разные типы

Полупериодный управляемый выпрямитель: В этом типе выпрямителя используется один тиристор, обеспечивающий регулирование включения / выключения только в течение одного полупериода входного переменного тока, и он обеспечивает низкий выходной постоянный ток.

Двухполупериодный управляемый выпрямитель: Этот тип выпрямителя обеспечивает более высокий выход постоянного тока

  • Для двухполупериодного управляемого выпрямителя с трансформатором с центральным ответвлением требуется два тиристора.
  • Для двухполупериодных выпрямителей с мостовым управлением не требуется трансформатор с центральным ответвлением
Трехфазный управляемый выпрямитель

Выпрямитель, работающий от трехфазного переменного тока.

  • Полуконвертер — это одноквадрантный преобразователь, который имеет одну полярность опорного напряжения и тока.
  • Полный преобразователь — это двухквадрантный преобразователь, который имеет полярность o / p, напряжение может быть либо + ve, либо –ve, но ток может иметь только одну полярность: + ve или -ve.
  • Двойной преобразователь работает в четырех квадрантах — и напряжение, и ток могут иметь обе полярности.

Работа выпрямителя с фазовым регулированием

Основной принцип работы схемы ПЦР объясняется с использованием однофазной полуволновой схемы ПЦР с резистивной нагрузкой RL, показанной на следующей схеме.

Схема однофазного полуволнового тиристорного преобразователя используется для преобразования переменного тока в постоянный. Электропитание переменного тока происходит от трансформатора, чтобы подавать необходимое напряжение переменного тока на тиристорный преобразователь в зависимости от требуемого напряжения постоянного тока.В приведенной выше схеме первичные и вторичные напряжения питания переменного тока обозначены как VP и VS.

Схема выпрямителя с фазовым управлением

Во время положительного полупериода питания i / p, когда верхний конец вторичной обмотки трансформатора находится под положительным потенциалом относительно нижнего конца, тиристор находится в состоянии прямого смещения.

Тиристор активируется с углом задержки ωt = α путем подачи соответствующего импульса запуска затвора на вывод затвора тиристора. Когда тиристор активируется при угле задержки ωt = α, тиристор ведет себя и предполагает идеальный тиристор.Тиристор действует как замкнутый переключатель, и напряжение питания i / p действует на нагрузку, когда оно проходит от ωt = α до π радиан. Для чисто резистивной нагрузки ток нагрузки io, протекающий при включенном тиристоре T1, определяется выражением выражение.

Io = vo / RL, для α≤ ωt ≤ π

Применения выпрямителя с фазовым управлением
Выпрямители с фазовым управлением

применяются на бумажных фабриках, текстильных фабриках, использующих приводы двигателей постоянного тока, и управления двигателями постоянного тока на сталелитейных предприятиях.

  • Тяговая система с питанием от переменного тока с использованием тягового двигателя постоянного тока.
  • Электрометаллургические и электрохимические процессы.
  • Управление реактором.
  • Магнитные блоки питания.
  • Переносные приводы ручных инструментов.
  • Промышленные приводы с гибкой скоростью.
  • Аккумулятор заряжается.
  • Высоковольтная передача постоянного тока.
  • ИБП (Системы бесперебойного питания).

Несколько лет назад преобразование мощности переменного тока в постоянное было достигнуто с помощью ртутных дуговых выпрямителей, мотор-генераторных установок и тираторных трубок.Современные преобразователи переменного тока в постоянный ток предназначены для сильноточных и высокомощных Thyrator. В настоящее время большинство преобразователей мощности переменного тока в постоянный являются тиристорными. Устройства Thyrator управляются по фазе, чтобы получать переменное напряжение постоянного тока на выходных клеммах нагрузки. Преобразователь тиристоров с фазовым управлением использует коммутацию линии переменного тока для выключения тиристоров, которые были включены.

Они менее дорогие, а также очень простые и широко используются в промышленных приводах постоянного тока.Эти преобразователи классифицируются как двухквадрантные преобразователи, если выходное напряжение может быть либо + ve, либо -ve для данной полярности переменного тока нагрузки. Существуют также одноквадрантные преобразователи переменного тока в постоянный, в которых напряжение o / p составляет только + ve и не может быть сделано отрицательным для данной полярности тока o / p. Конечно, одноквадрантные преобразователи также могут быть спроектированы для подачи только отрицательного постоянного напряжения. Работа двухквадрантного преобразователя может быть достигнута при использовании полностью управляемой схемы мостового преобразователя, а для одноквадрантного процесса мы используем полууправляемый мостовой преобразователь.

Таким образом, речь идет о выпрямителе с фазовой регулировкой, его эксплуатации и его применении. Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию, а также любые сомнения относительно этой концепции или реализации каких-либо электрических проектов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *