Тиристорные регуляторы напряжения представляют собой устройства, предназначенные для регулирования частоты вращения и момента электродвигателей. Регулирование частоты вращения и момента производится за счет изменения напряжения, подводимого к статору двигателя, и осуществляется изменением угла открытия тиристоров. Такой способ управления электродвигателем получил название фазового управления. Этот способ является разновидностью параметрического (амплитудного) управления.

Могут выполняться как с замкнутой, так и с разомкнутой системой регулирования. Регуляторы с разомкнутой системой не обеспечивают удовлетворительного качества процесса регулирования частоты вращения. Основное их назначение- регулирование момента для получения нужного режима работы привода в динамических процессах.

В силовую часть однофазного тиристорного регулятора напряжения включены два управляемых тиристора, которые обеспечивают протекание электрического тока на на1рузке в двух направлениях при синусоидальном напряжении на входе.

Тиристорные регуляторы с замкнутой системой регулирования используются, как правило, с отрицательной обратной связью по скорости, что позволяет иметь достаточно жесткие механические характеристики привода в зоне малых частот вращения.

Наиболее эффективно использование тиристорных регуляторов для регулирования частоты вращения и момента .

Силовые цепи тиристорных регуляторов

На рис. 1, а-д показаны возможные схемы включения выпрямительных элементов регулятора в одной фазе. Наиболее распространенной из них является схема на рис1,а. Она может быть использована при любой схеме соединения обмоток статора. Допустимый ток через нагрузку (действующее значение) в этой схеме в режиме непрерывного тока равен:

где I т - допустимое среднее значение тока через тиристор.

Максимальное прямое и обратное напряжения тиристора

где k зап - коэффициент запаса, выбираемый с учетом возможных коммутационных перенапряжений в схеме; - действующее значение линейного напряжения сети.

Рис. 1. Схемы силовых цепей тиристорных регуляторов напряжения.

В схеме на рис. 1,б имеется только один тиристор, включенный в диагональ моста из неуправляемых диодов. Соотношение между токами нагрузки и тиристора для этой схемы имеет вид:

Неуправляемые диоды выбираются на ток вдвое меньший, чем для тиристора. Максимальное прямое напряжение на тиристоре

Обратное напряжение на тиристоре близко к нулю.

Схема на рис. 1,б имеет некоторые отличия от схемы на рис. 1,а по построению системы управления. В схеме на рис. 1, а управляющие импульсы на каждый из тиристоров должны следовать с частотой питающей сети. В схеме на рис. 1,б частота импульсов управления вдвое больше.

Схема на рис. 1, в, состоящая из двух тиристоров и двух диодов, по возможности управления, загрузке, по току и максимальному прямому напряжению тиристоров аналогична схеме на рис. 1, а.

Обратное напряжение в этой схеме из-за шунтирующего действия диода близко к нулю.

Схема на рис. 1, г по току и максимальному прямому и обратному напряжению тиристоров аналогична схеме на рис. 1, а. Схема на рис. 1, г отличается от рассмотренных требованиями к системе управления по обеспечению необходимого диапазона изменения угла регулирования тиристоров. Если угол отсчитывать от нуля фазного напряжения, то для схем на рис. 1, а-в справедливо соотношение

где φ - фазовый угол нагрузки.

Для схемы на рис. 1, г аналогичное соотношение приобретает вид:

Необходимость увеличения диапазона изменения угла усложняет . Схема на рис. 1, г может быть применена при включении обмоток статора в звезду без нулевого провода и в треугольник с включением выпрямительных элементов в линейные провода. Область применения указанной схемы ограничена нереверсивными, а также реверсивными электроприводами с контактным реверсом.

Схема на рис. 4-1, д по своим свойствам аналогична схеме на рис. 1, а. Ток симистора здесь равен току нагрузки, а частота импульсов управления равна двойной частоте питающего напряжения. Недостаток схемы на симисторах - значительно меньше, чем у обычных тиристоров, допустимые значения du/dt и di/dt .

Для тиристорных регуляторов наиболее рациональна схема на рис. 1, а с двумя встречно-параллельно включенными тиристорами.

Силовые схемы регуляторов выполняются с встречно-параллельно включенными тиристорами во всех трех фазах (симметричная трехфазная схема), в двух и одной фазах двигателя, как показано на рис. 1, е, ж и з соответственно.

В регуляторах, применяемых в крановых электроприводах, наибольшее распространение получила симметричная схема включения, показанная на рис. 1, е, которая характеризуется наименьшими потерями от высших гармонических токов. Более высокие значения потерь в схемах с четырьмя и двумя тиристорами определяются несимметрией напряжения в фазах двигателя.

Основные технические данные тиристорных регуляторов серии РСТ

Тиристорные регуляторы серии РСТ представляют собой устройства для изменения (по заданному закону) напряжения, подводимого к статору асинхронного двигателя с фазным ротором. Тиристорные регуляторы серии РСТ выполняются по симметричной трехфазной схеме включения (рис. 1, е). Применение регуляторов указанной серии в крановых электроприводах позволяет осуществлять регулирование частоты вращения в диапазоне 10:1 и регулирование момента двигателя в динамических режимах при пуске и торможении.

Тиристорные регуляторы серии РСТ выполняются на длительные токи 100, 160 и 320 А (максимальные токи соответственно 200, 320 и 640 А) и напряжение 220 и 380 В переменного тока. Регулятор представляет собой собранные на общей раме три силовых блока (по числу фаз встречно-параллельно включенных тиристоров), блок датчиков тока и блок автоматики. В силовых блоках используются таблеточные тиристоры с охладителями из тянутого алюминиевого профиля. Охлаждение воздушное - естественное. Блок автоматики - единый для всех исполнений регуляторов.

Тиристорные регуляторы выполнены со степенью защиты IP00 и предназначены для установки на стандартные рамы магнитных контроллеров типа ТТЗ, которые по конструкции аналогичны контроллерам серий ТА и ТСА. Габаритные размеры и масса регуляторов серии РСТ указаны в табл. 1.

Таблица 1 Габаритные размеры и масса регуляторов напряжения серии РСТ

В магнитных контроллерах ТТЗ установлены контакторы направления для реверсирования двигателя, контакторы роторной цепи и другие релейно-контактные элементы электропривода, осуществляющие связь командоконтроллера с тиристорным регулятором. Структура построения системы управления регулятора видна из функциональной схемы электропривода, показанной на рис. 2.

Трехфазный симметричный тиристорный блок Т управляется системой фазового управления СФУ. С помощью командоконтроллера КК в регуляторе производится изменение задания скорости БЗС, Через блок БЗС в функции времени осуществляется управление контактором ускорения КУ2 в цепи ротора. Разность сигналов задания и тахогенератора ТГ усиливается усилителями У1 и УЗ. К выходу усилителя УЗ подключено логическое релейное устройство, имеющее два устойчивых состояния: одно соответствует включению контактора направления вперед KB, второе - включению контактора направления назад КН.

Одновременно с изменением состояния логического устройства реверсируется сигнал в цепи управления РУ. Сигнал с согласующего усилителя У2 суммируется с сигналом задержанной обратной связи по току статора двигателя, который поступает с блока токоограничения ТО и подается на вход СФУ.

На блок логики БЛ воздействует также сигнал с блока датчиков тока ДТ и блока наличия тока НТ, запрещающий переключение контакторов направления под током. Блоком БЛ осуществляется также нелинейная коррекция системы стабилизации частоты вращения для обеспечения устойчивости работы привода. Регуляторы могут быть использованы в электроприводах механизмов подъема и передвижения.

Регуляторы серии РСТ выполнены с системой ограничения тока. Уровень токоограничения для защиты тиристоров от перегрузок и для ограничения момента двигателя в динамических режимах плавно изменяется от 0,65 до 1,5 номинального тока регулятора, уровень токоограничения для максимально-токовой защиты- от 0,9 до. 2,0 номинального тока регулятора. Широкий диапазон изменения уставок защиты обеспечивает работу регулятора одного типоразмера с двигателями, отличающимися по мощности примерно в 2 раза.

Рис. 2. Функциональная схема электропривода с тиристорным регулятором типа РСТ: КК - командоконтроллер; ТГ - тахогенератор; КН, KB - контакторы направления; БЗС - блок задания скорости; БЛ - блок логики; У1, У2. УЗ - усилители; СФУ- система фазового управления; ДТ - датчик тока; ИТ - блок наличия тока; ТО - блок токоограничения; МТ - блок защиты; КУ1, КУ2 - контакторы ускорения; КЛ - линейный контактор: Р - рубильник.

Рис. 3. Тиристорный регулятор напряжения РСТ

Чувствительность системы наличия тока составляет 5-10 А действующего значения тока в фазе. В регуляторе предусмотрены также защиты: нулевая, от коммутационных перенапряжений, от исчезновения тока хотя бы в одной из фаз (блоки ИТ и МТ), от помех радиоприему. Быстродействующими плавкими предохранителями типа ПНБ 5М осуществляется защита от токов короткого замыкания.

В радиолюбительской практике одним из важных инструментов является паяльник. Но со временем, у каждого паяльника, как правило жало выгорает и нам приходится его точить. Через какое то время эта процедура повторяется. Затем, еще раз и еще. Это происходит потому, что сплав олова с канифолью в постоянном контакте с медью при температуре ~200 градусов выгорает. В продаже сейчас очень много разнообразных паяльников, различных моделей и разной ценовой категорий. Да и жало на этих паяльниках латунное (или еще какое-нибудь), к которым припой не наносит вреда. Но не всем любителям канифольного дыма эти паяльники по душе в виду того, что они рассчитаны на точечную пайку. Многие (как и я например), предпочитают только медное жало и следят за его состоянием. Для продления срока службы этого, несомненно важного инструмента, радиолюбители разрабатывают и собирают различные регуляторы мощности для паяльника. Одной из таких схем тиристорных регуляторов, которую недавно, собрал для своего паяльника, хочу с вами поделиться.

Схема как вы видите, проста до предела! Печатной платы не нужно, все паяется на выводах тиристора, переменного резистора и розетки под нагрузку. Схема тиристорного регулятора мощности работает не только с паяльником, но и с любой другой нагрузкой. Например люстры (ночника). В моем случае тиристор установлен на небольшой радиатор, что позволит подключать в нагрузку, довольно мощный источник потребления.

Вот так выглядит монтаж в моем варианте устройства. Правда, оно еще не закончено, в связи с отсутствием переменника нужного номинала. Но само устройство уже собрано, осталось припаять регулятор.

Внешний вид самодельного на тиристоре спереди.

Оно же с тыла…

Проверка регулятора оуществляется визуально, с помощью обычной лампочки. Включаем в нагрузку и крутим переменный резистор. Если яркость уменьшается и прибавляется - значит все у нас, как говорится, тип-топ. Обычно в такие регуляторы ставят по питанию дроссель и конденсатор, для сглаживания и фильтрации помех, но в данном случае они не наблюдались.

Обсудить статью ТИРИСТОРНЫЙ РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ

Из-за проблемы с электричеством люди все чаще покупают регуляторы мощности. Не секрет, что резкие перепады, а также чрезмерно пониженное или повышенное напряжение пагубно влияют на бытовые приборы. Для того чтобы не допустить порчи имущества, необходимо пользоваться регулятором напряжения, который защитит от короткого замыкания и различных негативных факторов электронные приборы.

Типы регуляторов

В наше время на рынке можно увидеть огромное количество различных регуляторов как для всего дома, так и маломощных отдельных бытовых приборов. Существуют транзисторные регуляторы напряжения, тиристорные, механические (регулировка напряжения осуществляется при помощи механического бегунка с графитовым стержнем на конце). Но самым распространенным является симисторный регулятор напряжения. Основой этого прибора являются симисторы, которые позволяют резко среагировать на скачки напряжения и сгладить их.

Симистор представляет собой элемент, который содержит пять p-n переходов. Этот радиоэлемент имеет возможность пропускать ток как в прямом направлении, так и в обратном.

Эти компоненты можно наблюдать в различной бытовой технике начиная от фенов и настольных ламп и заканчивая паяльниками, где необходима плавная регулировка.

Принцип работы симистора довольно прост. Это своего рода электронный ключ, который то закрывает двери, то открывает их с заданной частотой. При открытии P-N перехода симистора он пропускает небольшую часть полуволны и потребитель получает только часть номинальной мощности. То есть чем больше открывается P-N переход, тем больше мощности получает потребитель.

К достоинствам этого элемента можно отнести:

В связи с вышесказанными достоинствами симисторы и регуляторы на их основе используются довольно часто.

Эта схема довольно проста в сборке и не требует большого количества деталей. Такой регулятор можно применить для регулировки не только температуры паяльника, но и обычных ламп накаливания и светодиодных. К этой схеме можно подключать различные дрели, болгарки, пылесосы, шлифмашинки, которые изначально шли без плавной регулировки скорости.

Вот такой регулятор напряжения 220в своими руками можно собрать из следующих деталей:

• R1 - резистор 20 кОм, мощностью 0,25 Вт.
• R2 - переменный резистор 400−500 кОм.
• R3 - 3 кОм, 0,25 Вт.
• R4-300 Ом, 0,5 Вт.
• C1 C2 - конденсаторы неполярные 0,05 Мкф.
• C3 - 0,1 Мкф, 400 в.
• DB3 - динистор.
• BT139−600 - симистор необходимо подобрать в зависимости от нагрузки которая будет подключен. Прибор, собранный по этой схеме, может регулировать ток величиной 18А.
• К симистору желательно применить радиатор, так как элемент довольно сильно греется.

Схема проверена и работает довольно стабильно при разных видах нагрузки .

Существует еще одна схема универсального регулятора мощности.

На вход схемы подается переменное напряжение 220 В, а на выходе уже 220 В постоянного тока. Эта схема имеет в своем арсенале уже больше деталей, соответственно и сложность сборки повышается. На выход схемы возможно подключить любой потребитель (постоянного тока). В большинстве домов и квартир люди стараются поставить энергосберегающие лампы. Не каждый регулятор справится с плавной регулировкой такой лампы, например, тиристорный регулятор использовать нежелательно. Эта схема позволяет беспрепятственно подключать эти лампы и делать из них своего рода ночники.

Особенность схемы заключается в том, что при включении ламп на минимум все бытовые приборы должны быть отключены от сети. После этого в счетчике сработает компенсатор, и диск медленно остановится, а свет будет продолжать гореть. Это возможность собрать симисторный регулятор мощности своими руками. Номиналы деталей нужных для сборки, можно увидеть на схеме.

Еще одна занимательная схема, которая позволяет подключить нагрузку до 5А и мощностью до 1000Вт.

Регулятор собран на базе симистора BT06−600. Принцип работы этой схемы заключается в открытии перехода симистора. Чем больше элемент открыт, тем больше мощность поступает на нагрузку. А также в схеме присутствует светодиод, который даст знать, работает устройство или нет. Перечень деталей, которые понадобятся для сборки аппарата:

• R1 - резистор 3.9 кОм и R2 - 500 кОм своеобразный делитель напряжения, который служит для зарядки конденсатора С1.
• конденсатор С1- 0,22 мкФ.
• динистор D1 - 1N4148.
• светодиод D2, служит для индикации работы устройства.
• динисторы D3 - DB4 U1 - BT06−600.
• клемы для подключения нагрузки P1, P2.
• резистор R3 - 22кОм и мощностью 2 вт
• конденсатор C2 - 0.22мкФ рассчитан на напряжение не меньше 400 В.

Симисторы и тиристоры с успехом используются в качестве пускателей. Иногда необходимо запустить очень мощные тэны, управлять включением сварочного мощного оборудования, где сила тока достигает 300−400 А. Механическое включение и выключение с помощью контакторов уступает симисторному пускателю из-за быстрого износа контакторов, к тому же при механическом включении возникает дуга, которая также пагубно влияет на контакторы. Поэтому целесообразным будет использовать симисторы для этих целей. Вот одна из схем.

Все номиналы и перечень деталей указаны на Рис. 4. Достоинством этой схемы является полная гальваническая развязка от сети, что обеспечит безопасность в случае повреждения.

Нередко в хозяйстве необходимо выполнить сварочные работы. Если есть готовый инверторный сварочного аппарата, то сварка не представляет особых трудностей, поскольку в аппарате присутствует регулировка тока. У большинства людей нет такого сварочного и приходится пользоваться обычным трансформаторным сварочным, в котором регулировка тока осуществляется путем смены сопротивления, что довольно неудобно.

Тех, кто пробовал использовать в качестве регулятора симистор, ждет разочарование. Он не будет регулировать мощность. Это связано с фазовым сдвигом, из-за чего за время короткого импульса полупроводниковый ключ не успевает перейти в «открытый» режим.

Но существует выход из этой ситуации. Следует подать на управляющий электрод однотипный импульс или подавать на УЭ (управляющий электрод) постоянный сигнал, пока не будет проход через ноль. Схема регулятора выглядит следующим образом:

Конечно, схема довольно сложная в сборке, но такой вариант решит все проблемы с регулировкой. Теперь не нужно будет пользоваться громоздким сопротивлением, к тому же очень плавной регулировки не получится. В случае с симистором возможна довольно плавная регулировка.

Если существуют постоянные перепады напряжения, а также пониженное или повышенное напряжение, рекомендуется приобрести симисторный регулятор или по возможности сделать регулятор своими руками. Регулятор защитит бытовую технику, а также предотвратит ее порчу.

В последние годы тиристорные регуляторы мощности оказались вытесненными регуляторами на симисторах или даже на интегральных микросхемах КР1182ПМ1, ГРН-1-220, требующих минимума навесных деталей. Причина забвения тиристоров кроется в том, что при большой мощности нагрузки число устанавливаемых на теплоотводы элементов достигает пяти (тиристор и четыре мощных диода выпрямительного моста), что резко увеличивает габариты и массу конструкции.

Тиристорный регулятор напряжения

Если собрать тиристорный регулятор мощности по схеме, приведенной на сайте www.сайт то число устанавливаемых на теплоотводы деталей сократится до двух. В отличие от устройств, описанных ранее в данном тиристорном регуляторе при работе с максимальной мощностью тиристоры открываются уже при напряжении сетевой полуволны 15…20 В. Основное назначение описываемого тиристорного регулятора - управление лампами накаливания мощностью до 2 кВт.

При необходимости он может быть использован для регулирования рабочей температуры электроплиток, паяльников, электрообогревателей и других подобных нагрузок.

Конструктивно схему устройства можно разбить на три функциональных узла:

• мощное исполнительное устройство на тиристорах VS1, VS2;
• аналог маломощного тиристора с малым током управления на высоковольтных транзисторах VT1, VT2;
• аналог однопереходного транзистора на транзисторах VT3, VT4.

Мощность, подаваемая в нагрузку, регулируется переменным резистором R11. При нижнем по схеме положении движка R11, подключенная в качестве нагрузки лампа накаливания EL1 светится с максимальной яркостью. Время открывания транзисторов VT3, VT4 в каждой полуволне выпрямленного напряжения зависит от введенного сопротивления резисторов R11, R13.

Когда напряжение на конденсаторе С2 достигает достаточного уровня, транзисторы VT3, VT4 открываются, и конденсатор С2 быстро разряжается через резистор R8 и эмиттерный переход транзистора VT1. Следовательно, транзисторы VT1, VT2 лавинообразно открываются, ток через управляющие электроды тиристоров VS1, VS2 резко возрастает, вследствии чего (в зависимости от полярности текущей полуволны сетевого напряжения) открывается VS1 или VS2. Резисторы R4, R8 предохраняют транзисторы от выхода из строя вследствие больших бросков тока при их лавинообразном открывании.

Сетевой фильтр L1-C1-R1 снижает излучаемые в сеть помехи, а также снижает чувствительность тиристорного регулятора к сетевым помехам извне. Кроме того, резистор R1 уменьшает акустический шум дросселя L1 и предотвращает выход из строя тиристоров при неудачно изготовленном или неисправном дросселе L1. Светодиод HL1 предназначен для подсветки мощного тиристорного регулятора в темноте Если в этом нет необходимости, его можно исключить. Ничто не мешает заменить в данной конструкции мощный узел на тиристорах симисторным узлом, как показано на рис.2. В этом случае симистор окажется единственной деталью, которой может потребоваться теплоотвод.

Детали. В устройстве могут быть применены постоянные резисторы МЯТ соответствующей мощности. При этом резистор R1 лучше взять невоспламеняемый, типа Р1-7. Завышенмая мощность резистора R7 (рис.1) объясняется вероятностью работы тиристорного регулятора при напряжении питания более 220 В. Переменный резистор R11 может быть типа СПЗ-30. Можно использовать резистор этого типа с совмещенным выключателем питания. Обе группы контактов в нем следует запараллелить, а соединения выполнить так, чтобы отключение питания происходило при минимальной установленной мощности. Подстроечный резистор R13 - типа СПЗ-16.

Конденсатор С1 - типа К73-15, К73-17 на напряжение не ниже 400 В; С2 - любой из К73-9. К73-15, К73-17 (не стоит применять керамические конденсаторы, так как в данном тиристорном регуляторе емкость этого конденсатора должна быть достаточно стабильна). Диодный мост VD1 можно заменить четырьмя диодами типа КД258 (Б…Д), КД221 (В, Г), КД243 (Г…Ж), IN4004 или КД209 с любыми индексами. Светодиод HL1 можно взять серий АЛ307, АЛ336, КИПМ01, КИПМ02. Стабилитрон VD2 можно заменить любым на 6.9 В, например, Д814А, КС126И, КС170А, КС468А. КС407Д, КС182А. На месте VT1 могут работать высоковольтные транзисторы КТ504А,

КТ506А, КТ506Б, 2N6517, КТ940А. КТ969А. На месте VT2 можно поставить КТ9115А, 2N6520. 2SA1625 (М. L. К). Транзистор VT3 можно заменить КТ315, VT4 - КТ361. Тиристор КУ202Н является единственным в этой серии, который способен работать при напряжении более 300 В. Со снижением надежности подойдут КУ202 с индексами К, Л, М. Если вместо тиристоров использовать симистор (рис.2), то КУ208Г можно заменить на 2ТС122-25-8, ТС106-10-6, ТС112-10-10 или другим аналогичным. Из “старых» могут работать ТС2-10, ТС2-16, ТС2-25.

Дроссель L1 намотан проводом ПЭВ-2 01 мм на отрезке ферритового стержня 400НН длиной 75 мм и диаметром 10 мм с прокладками из фторопластовой пленки или тонкого электрокартона. Обмотка тщательно пропитывается клеем БФ-2. Дроссель может иметь и другую конструкцию. Если мощность нагрузки не превышает 600 Вт, тиристоры могут работать без радиаторов. Однако для повышения надежности их желательно все-таки установить на соответствующие теплоотводы при мощности нагрузки более 400 Вт.

При мощности нагрузки 2 кВт используются теплоотводы с площадью охлаждающей поверхности не менее 250 см2 для каждого тиристора. Налаживание правильно собранного тиристорного регулятора сводится к установке подстроечным резистором R13 величины минимальной мощности, отдаваемой в нагрузку. Данный мощный тиристорный регулятор работает с лампами накаливания от 40 до 2000 Вт. Однако многие тиристоры позволяют использовать лампы мощностью всего в 8… 16 Вт. Работа собранного тиристорного регулятора с нагрузкой менее 40 Вт определяется экспериментально. Если мощный тиристорный регулятор будет работать с трансформаторной нагрузкой, то параллельно выводам первичной обмотки трансформатора следует включить лампу накаливания на 25…40 Вт.

PS: Привожу ниже превосходную схему симисторного регулятора мощности. Проста в изготовлении не требует дефицитных радиодеталей, повторить может любой начинающий радиолюбитель. Схема работает 100%.

В электротехнике довольно часто приходиться встречаться с задачами регулирования переменного напряжения, тока или мощности. Например, для регулирования частоты вращения вала коллекторного двигателя необходимо регулировать напряжение на его зажимах, для управления температурой внутри сушильной камеры нужно регулировать мощность, выделяемую в нагревательных элементах, для достижения плавного безударного пуска асинхронного двигателя - ограничивать его пусковой ток. Распространенным решением является устройство, называемое тиристорный регулятор.

Устройство и принцип действия однофазного тиристорного регулятора напряжения

Тиристорные регуляторы бывают однофазные и трехфазные соответственно для однофазных и трехфазных сетей и нагрузок. В этой статье мы рассмотрим простейший однофазный тиристорный регулятор, - в других статьях. Итак, на рисунке 1 ниже представлен однофазный тиристорный регулятор напряжения:

Рис.1 Простой однофазный тиристорный регулятор с активной нагрузкой

Сам тиристорный регулятор обведен голубыми линиями и включает в себя тиристоры VS1-VS2 и систему импульсно-фазового управления (далее - СИФУ). Тиристоры VS1-VS2 - полупроводниковые приборы, имеющие свойство быть закрытыми для протекания тока в нормальном состоянии и быть открытыми для протекания тока одной полярности при подаче напряжения управления на его управляющий электрод. Поэтому для работы в сетях переменного тока необходимо два тиристора, включенных разнонаправлено - один для протекания положительной полуволны тока, второй - отрицательной полуволны. Такое включение тиристоров называется встречно-параллельным.

Однофазный тиристорный регулятор с активной нагрузкой

Работает тиристорный регулятор так. В начальный момент времени подается напряжение L-N (фаза и ноль в нашем примере), при этом импульсы управляющего напряжения на тиристоры не подаются, тиристоры закрыты, ток в нагрузке Rн отсутствует. После получения команды на запуск СИФУ начинает формировать импульсы управления по определенному алгоритму (см.рис. 2).

Рис.2 Диаграмма напряжения и тока в активной нагрузке

Сначала система управления синхронизируется с сетью, то есть определяет момент времени, в который напряжение сети L-N равно нулю. Эта точка называется моментом перехода через ноль (в иностранной литературе - Zero Cross). Далее отсчитывается определенное время T1 от момента перехода через ноль и подается импульс управления на тиристор VS1. При этом тиристор VS1 открывается и через нагрузку протекает ток по пути L-VS1-Rн-N. При достижении следующего перехода через ноль тиристор автоматически закрывается, так как не может проводить ток в обратном направлении. Далее начинается отрицательный полупериод сетевого напряжения. СИФУ снова отсчитывает время Т1 относительно уже нового момента перехода напряжения через ноль и формирует второй импульс управления уже тиристором VS2, который открывается, и через нагрузку протекает ток по пути N-Rн-VS2-L. Такой способ регулирования напряжения называется фазо-импульсный .

Время Т1 называется временем задержки отпирания тиристоров, время Т2 - время проводимости тиристоров. Изменяя время задержки отпирания T1 можно регулировать величину выходного напряжения от нуля (импульсы не подаются, тиристоры закрыты) до полного сетевого, если импульсы подаются сразу в момент перехода через ноль. Время задержки отпирания T1 варьируется в пределах 0..10 мс (10 мс - это длительность одного полупериода напряжения стандартной сети 50 Гц). Также иногда говорят о временах T1 и Т2, но оперируют при этом не временем, а электрическими градусами. Один полупериод составляет 180 эл.градусов.

Что представляет выходное напряжение тиристорного регулятора? Как видно из рисунка 2, оно напоминает « обрезки» синусоиды. Причем чем больше время Т1, тем меньше этот „обрезок“ напоминает синусоиду. Из этого следует важный практический вывод - при фазо-импульсном регулировании выходного напряжение несинусоидально. Это обуславливает ограничение области применения — тиристорный регулятор не может быть применен для нагрузок, не допускающих питание несинусоидальным напряжением и током. Так же на рисунке 2 красным цветом показана диаграмма тока в нагрузке. Поскольку нагрузка чисто активная, то форма тока повторяет форму напряжения в соответствии с законом Ома I=U/R.

Случай активной нагрузки является наиболее распространенным. Одно из самых частых применений тиристорного регулятора - регулирование напряжения в ТЭНах. Регулируя напряжение, изменяется ток и выделяемая в нагрузке мощность. Поэтому иногда такой регулятор также называют тиристорным регулятором мощности . Это верно, но все-таки более верное название - тиристорный регулятор напряжения, так как именно напряжение регулируется в первую очередь, а ток и мощность - это величины уже производные.

Регулирование напряжения и тока в активно-индуктивной нагрузке

Мы рассмотрели простейший случай активной нагрузки. Зададимся вопросом, что изменится, если нагрузка будет иметь помимо активной еще и индуктивную составляющую? Например, активное сопротивление подключено через понижающий трансформатор (рис.3). Это кстати очень распространенный случай.

Рис.3 Тиристорный регулятор работает на RL-нагрузку

Посмотрим внимательно на рисунок 2 из случая чисто активной нагрузки. На нем видно, что сразу после включения тиристора ток в нагрузке почти мгновенно нарастает от нуля до своего предельного значения, обусловленного текущим значением напряжения и сопротивления нагрузки. Из курса электротехники известно, что индуктивность препятствует такому скачкообразному нарастанию тока, поэтому диаграмма напряжения и тока будет иметь несколько отличный характер:

Рис.4 Диаграмма напряжения и тока для RL-нагрузки

После включения тиристора ток в нагрузке нарастает постепенно, благодаря чему кривая тока сглаживается. Чем больше индуктивность, тем более сглаженная кривая тока. Что это дает практически?

— Наличие достаточной индуктивности позволяет приблизить форму тока к синусоидальной, то есть индуктивность выполняет роль синус фильтра. В данном случае это наличие индуктивности обусловлено свойствами трансформатора, но часто индуктивность вводят преднамеренно в виде дросселя.

— Наличие индуктивности уменьшает величину помех, распространяемых тиристорным регулятором по проводам и в радиоэфир. Резкое, почти мгновенное (в течение нескольких микросекунд) нарастание тока вызывает помехи которые могут препятствовать нормальной работе другого оборудования. А если питающая сеть « слабая», то бывает и совсем курьез - тиристорный регулятор может „глушить“ сам себя своими же помехами.

— У тиристоров есть важный параметр - величина критической скорости нарастания тока di/dt. Например, для тиристорного модуля SKKT162 эта величина составляет 200 А/мкс. Превышение этой величины опасно, так как может привести к выходу тиристору из строя. Так вот наличие индуктивности дает возможность тиристору остаться в области безопасной работы, гарантированно не превысив предельную величину di/dt. Если же это условие не выполняется, то может наблюдаться интересное явление - выход тиристоров из строя, притом что ток тиристоров не превышает их номинального значения. Например, тот же SKKT162 может выходить из строя при токе в 100 А, хотя он может нормально работать до 200 А. Причиной будет превышение именно скорости нарастания тока di/dt.

Кстати, надо оговориться, что индуктивность в сети есть всегда, даже если нагрузка носит чисто активный характер. Ее наличие обусловлено, во-первых, индуктивностью обмоток питающей трансформаторной подстанции, во вторых, собственной индуктивностью проводов и кабелей и, в третьих, индуктивностью петли, образованной питающими и нагрузочными проводами и кабелями. И чаще всего этой индуктивности хватает, чтобы обеспечить условие непревышения di/dt критического значения, поэтому производители обычно не ставят в тиристорные регуляторы , предлагая их как опцию тем, кого беспокоит « чистота» сети и электромагнитная совместимость устройств к ней подключенных.

Также обратим внимание диаграмму напряжения на рисунке 4. На ней также видно, что после перехода через ноль на нагрузке появляется небольшой выброс напряжения обратной полярности. Причина его возникновения - затягивание спадания тока в нагрузке индуктивностью, благодаря чему тиристор продолжает быть открытым даже при отрицательной полуволне напряжения. Запирание тиристора происходит при спадания тока до нуля с некоторым запаздыванием относительно момента перехода через ноль.

Случай индуктивной нагрузки

Что будет если индуктивная составляющая много больше составляющей активной? Тогда можно говорить о случае чисто индуктивной нагрузки. Например, такой случай можно получить, отключив нагрузку с выхода трансформатора из предыдущего примера:

Рисунок 5 Тиристор регулятор с индуктивной нагрузкой

Трансформатор, работающий в режиме холостого хода - почти идеальная индуктивная нагрузка. В этом случае из-за большой индуктивности момент запирания тиристоров смещается ближе к середине полупериода, а форма кривой тока максимально сглаживается до почти синусоидальной формы:

Рисунок 6 Диаграммы тока и напряжение для случая индуктивной нагрузки

При этом напряжение на нагрузке почти равно полному сетевому, хотя время задержки отпирания составляет всего половину полупериода (90 эл.градусов) То есть при большой индуктивности можно говорить о смещении регулировочной характеристики. При активной нагрузке максимальное выходное напряжение будет при угле задержки отпирания 0 эл.градусов, то есть в момент перехода через ноль. При индуктивной нагрузке максимум напряжения можно получить при угле задержки отпирания 90 эл.градусов, то есть при отпирании тиристора в момент максимума сетевого напряжения. Соответственно, случаю активно-индуктивной нагрузки максимум выходного напряжения соответствует углу задержки отпирания в промежуточном диапазоне 0..90 эл.градусов.