Многоимпульсное управление тиристорами

Рейтинг:  5 / 5

Подробности

Категория: регуляторы мощности

Опубликовано: 24.03.2017 10:39

Просмотров: 12962

С.Ю. Стебенев, г. Луганск РА 6'2007
Схем управления тиристорами и симисторами существует много, очень короткий список наиболее интересных из них приведен в [1 —6]. Проблемы, о которых говорится в статье, присущи обоим типам электронных приборов, поэтому далее в тексте указывается один из них. Самые простые тиристорные регуляторы состоят из 3-5 деталей [1], сложные могут содержать до десятка цифровых и аналоговых микросхем [4]. В быту тиристорные регуляторы применяются в зарядных устройствах, для регулирования освещенности, мощности нагревательных приборов, температуры жала паяльника и т.д.

В промышленности, в основном нашли применение 3-фазные регуляторы. Используются они как возбудители для мощных синхронных двигателей, регулируемые выпрямители в гальванике, мощные зарядные устройства, схемы питания электроприводов постоянного тока, а также на электротранспорте. При всем многообразии схем и решений можно отметить следующее: работоспособны все схемы, начиная с самых простых.
Существуют некоторые задачи, с которыми простые схемы управления не справляются, устройство в целом начинает вести себя непредсказуемо. Связано такое поведение с видом и характером нагрузки, мощность в которой пытаются регулировать. Например, схемы [2, 6] прекрасно работали с электроплиткой и настольным светильником, но очень плохо - с электроинструментом и при попытке регулировать сварочный ток (по первичной обмотке сварочного трансформатора). В первом случае, намоточный станок на базе старой электродрели при попытке регулировки оборотов начинал работать неустойчиво (с ощутимыми рывками), во втором - сварочный ток не регулировался, так как не удавалось зажечь нормальную дугу (сам сварочный аппарат обладал «мягкой» характеристикой, без регулятора
прекрасно варил). Собранные по предлагаемой схеме регуляторы, справились с этими задачами.
Электрическая принципиальная схема устройства (рис.1)

состоит из формирователя пилообразного напряжения, каскада сравнения и генератора управляющих импульсов. Режим по постоянному току каскада на VT1 выбран так, что на его коллекторе появляются положительные импульсы длительностью около 0,5 мс в каждый момент перехода сетевого напряжения через нуль. Транзистор VT2 разрядный, на конденсаторе С2 при его заряде через R5 формируется напряжение, близкое к пилообразному (экспоненциальное). Каждые 10 мс транзистор VT2, открываясь, разряжает конденсатор С2. Генератор управляющих импульсов собран на транзисторе VT3 по схеме блокинг-генератора. В отличие от классической схемы в данном блокинг-генераторе на импульсном трансформаторе прибавилась дополнительная обмотка 1а. Благодаря этому появилась возможность управлять работой генератора. Выводы обмоток трансформатора Т1 сфазированы так, что блокинг-генератор вырабатывает управляющие импульсы в те моменты, когда на аноде VD7 напряжение выше, чем на аноде VD6. С помощью резистора R6 можно задавать напряжение на аноде VD6 и тем самым изменять момент включения тиристора. С выходной обмотки 3 пачки управляющих импульсов с частотой заполнения около 2 кГц поступают на управляющий электрод тиристора, обеспечивая его надежное отпирание, независимо от характера нагрузки. Осциллограммы в основных точках схемы показаны на рис.2.

О преимуществах многоимпульсного управления пишется, например в [3, 4]. Тиристор и симистор не являются полностью управляемыми приборами, они открываются управляющим импульсом, если в это же время к катоду и аноду
приложено напряжение, отличное от нуля (для тиристора еще и в прямой полярности), закрываются приборы самостоятельно, в момент, когда исчезает напряжение между анодом и катодом. В этой особенности
данных приборов и заключается возможная нестабильность работы схем регуляторов. При работе на чисто активную нагрузку проблем не возникает даже в самых простых схемах. Картина меняется, когда к регулятору подключают нагрузку с прерывистым характером (коллекторный электродвигатель).
В зависимости от физического состояния коллекторного и щеточного узлов двигателя при его работе ток в якорной цепи может прерываться, тиристор в данном случае самостоятельно выключится до окончания текущего полупериода питающего напряжения. Произвольное неуправляемое выключение не позволяет поддерживать заданный режим работы. В такой ситуации выручает многоимпульсное управление, генератор управляющих импульсов выдает не один управляющий импульс, как в большинстве известных простых схем управления, а пачку импульсов с частотой заполнения 2...4 кГц. При таком способе управления силовой ключ открывается первым импульсом из пачки, если ток в цепи прервется и тиристор отключится до окончания текущего полупериода, он вновь будет включен ближайшим, последующим в пачке управляющим импульсом.
Схожая картина происходит при работе тиристорных регуляторов на индуктивную нагрузку (например, первичная обмотка сварочного трансформатора). При этом в момент включения тиристора в обмотке трансформатора происходит переходной колебательный процесс, который также может вызвать преждевременное отключение тиристора (проявляется не всегда, зависит от конструкции трансформатора, установленного угла включения тиристора и даже от характера нагрузки во вторичной обмотке). Многоимпульсное управление помогает и в этом случае.
Конструкция и детали
Схема собрана на плате из одностороннего стеклотекстолита (рис.3).

К деталям особых требований не предъявляется. Единственная нестандартная деталь - это импульсный трансформатор. Трансформатор намотан на броневом сердечнике Б26, феррит 2000НН. Обмотки 1а, 1б содержат по 40 витков ПЭЛ 0,2, намотанных в два провода. Обмотка 2 содержит 40 витков ПЭЛ 0,3, мотать обмотку нужно так, чтобы ее выводы расположились против выводов обмоток 1 а, 1б. Обмотку 3 наматывают поверх остальных, она содержит 50 витков ПЭЛ 0,2. Если схема будет применена в выпрямителе или регуляторе с двумя тиристорами, понадобится еще одна такая же обмотка. Намотка равномерная. При намотке, разнополярные выводы обмоток лучше делать разной длины (например, все выводы начала -короче). При сборке это поможет правильно распаять выводы трансформатора. Светодиод LED1 импортный диаметром 3 мм красного цвета свечения, он сигнализирует о включении схемы в сеть. Симистор, один или два тиристора, выбирают исходя из конкретного применения схемы. Для проверки возможностей данной схемы она испытана с симисторами КУ208А, ТС122-25, ТС142-80. Замечаний по работе во всех трех вариантах не было. Переменный резистор любого типа, желательно группы «А». Резистор R1 импортный, можно установить МЛТ-2, отформовав выводы.
Настройка
Если монтаж произведен без ошибок, все детали исправны и импульсный трансформатор подключен правильно, схема в настройке не нуждается. Необходимо помнить, что симистор открывается управляющими импульсами отрицательной полярности при любой полярности напряжения, приложенного к катоду и аноду. Если данная схема будет использоваться для управления тиристором, выводы от точек «а» и «б» необходимо поменять местами («б» - к управляющему электроду, «а» - к катоду тиристора). При правильной работе схемы напряжение на нагрузке плавно изменяется от 0 до максимального значения, при изменении положения движка R6 из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее по электрической схеме.
Литература
1. Щербатюк В. Заворачиваем шурупы электродрелью//Радиолюбитель. - 1999. - №9. - С.23.
2. Глухов В. Вертикальное управление тринистором//Радио. -1981- №5-6. - С. 70.
3. Шичков Л. Блок управления тиристорами//Радио. -1982. -№10. -С.22-24.
4. Шичков Л., Алексеев А. Цифровой тиристорный регулятор/f/Радио. - 1986. - №8. - С.56-58.
5. Черный В. Симисторный регулятор мощности/'/Радио. -1986. -№8. -С.20.
6. Приймак Д. Низковольтный тринисторный регулятор//Радио. - 1989. - №5. - С. 78-80.