Тиристорное управление сварочным трансформатором: расчёт

Содержание
  1. Его работа подразумевает наличие двух стабильных фаз:
  2. Разновидности тиристоров отличаются между собой:
  3. Где применяются тиристоры
  4. ДТ6
  5. Характеристики:
  6. Импульсная трансформация
  7. SKHIT 01 — драйвер 3-фазного тиристорного моста
  8. Конструкция и принцип действия
  9. Цепь постоянного тока
  10. Как проверить тиристор: 3 доступные методики для новичков
  11. Самый первый метод проверки: стрелочным тестером или цифровым мультиметром
  12. Доступный для всех способ проверки током от батарейки и обычной лампочкой
  13. Как можно проверить тиристор на электронной плате без выпаивания со схемы: советы бывалых
  14. Тиристор в цепи постоянного напряжения
  15. Преимущества и недостатки использования тиристора
  16. Управление тиристорами
  17. Характеристики
  18. ДРМ — ОС
  19. Тиристорные светодиоды
  20. Схема включения
  21. История изобретения
  22. Способы и устройства управления тиристорами
  23. Многокнопочный переключатель с транзисторным аналогом тиристоров
  24. Самодельный импульсный регулятор на тиристоре
  25. Рабочая схема
  26. Особенности изготовления магнитопровода
  27. Блок питания выдает напряжение +5 В, генерирует импульсы перехода через нуль и содержит схему управления нагрузкой с помощью симистора. Детектор перехода через нуль линейного напряжения взято из журнала «Радиолоцман». Он излучает переходные импульсы с интервалом 10 мс. Конденсатор С6 заряжается до 25 Вольт, предельного уровня стабилитрона D12. Входной ток ограничен R2. Когда выпрямленное входное напряжение падает ниже напряжения на конденсаторе C6, транзистор Q3 включается и генерирует импульс длительностью несколько сотен микросекунд. Оптопара U2 сглаживает края и делает выходной импульс более прямоугольным.

Его работа подразумевает наличие двух стабильных фаз:

  • «Закрытый» (низкий уровень проводимости);
  • «Открытый» (высокий уровень проводимости).

Тиристоры — это устройства, выполняющие функции электронных переключателей мощности. Другое их название — тиристоры однооперационные. Это устройство позволяет регулировать воздействие мощных нагрузок с помощью малых импульсов.

По вольт-амперной характеристике тиристора увеличение тока в нем вызовет снижение напряжения, то есть появится отрицательное дифференциальное сопротивление.

Кроме того, в этих полупроводниковых приборах можно комбинировать цепи с напряжением до 5000 В и током до 5000 А (на частоте не более 1000 Гц).

Двух- и трехполюсные тиристоры подходят для работы как с постоянным, так и с переменным током. Чаще всего принцип их работы сравнивают с работой выпрямительного диода и считают, что они являются полноценным аналогом выпрямителя, в некотором смысле даже более эффективным.

Разновидности тиристоров отличаются между собой:

  • Способ контроля.
  • Электропроводность (односторонняя или двусторонняя).

Где применяются тиристоры

Ассортимент тиристоров большой. Например, их можно использовать для сборки сварочного инвертора или автомобильного зарядного устройства. Некоторые мастера даже собирают генераторы своими руками. Самое главное, тиристоры могут пропускать через себя как высокочастотные, так и низкочастотные токи. Поэтому, собрав мост из этих устройств, можно сделать трансформатор для сварочного аппарата.

Схема управления тиристором
Схема управления тиристором





ДТ6

Шестиканальный драйвер управления тиристорами предназначен для генерации импульсов тока с заданными значениями амплитуды и длительности для активации шести мощных тиристоров в составе различных преобразователей. Драйвер имеет возможность генерировать отрицательное выходное напряжение блокировки для повышения помехоустойчивости.

Характеристики:

Потребление = 24 В

ФОКУСНЫЙ

Ucontr.nom. = 4 ÷ 32 В,

при Iin = 8 ÷ 12 мА

Остров U. = 2,5 кВ (прибл)

 

Импульсная трансформация

Импульсная стабилизация как метод получения стабильной сварочной дуги становится все более популярной. При построении таких схем, помимо основного преобразователя Т1, используют еще один (импульсный) Т2 с коэффициентом передачи порядка единицы.

Упрощенная схема

При размыкании любого из тиристоров V1, V2, включенных в первичную цепь, формируется выброс тока короткого замыкания. Он проходит через конденсатор C1 и индуцирует импульс тока ii во вторичной обмотке T2 (фото слева). Минимальное напряжение, достаточное для безопасного зажигания, должно составлять не менее 500 Вольт, а ток нагрузки может достигать 100 Ампер (в кратковременном импульсе).

Примечание! Поскольку время подачи следующего импульса с точностью до сотых долей секунды совпадает с моментом открытия каждого из тиристоров, эта схема не требует специальной фазовой синхронизации.

Требуемые рабочие характеристики могут быть получены путем обратной связи по основным выходным параметрам (напряжению и току).

Плата с деталями тиристорного регулятора напряжения

SKHIT 01 — драйвер 3-фазного тиристорного моста

Драйвер СХИТ 01 предназначен для управления трехфазным полууправляемым тиристорным мостом. Его конструктивная схема и схема подключения показаны на рис. 2, а внешний вид — на рис. 3. Как видно из рисунка, конструкция драйвера предусматривает его вертикальную установку на печатную плату методом пайки.

Основные технические характеристики драйвера СХИТ 01:

  • максимальное входное напряжение — 530 В;
  • выходной ток — 400 мА;
  • питание — 15 В, 150 мА;
  • управляющий ток — 10 мА;
  • напряжение изоляции — 2500 В.

Одной из самых серьезных проблем, возникающих при включении мощного преобразовательного устройства, является ограничение зарядного тока электролитических конденсаторов, подключенных после выпрямительного моста к силовой шине. Большие пусковые токи не только приводят к перегрузке электросети и могут активировать защитные устройства, но и резко сокращают срок службы электролитических конденсаторов.

Рис. 2. Блок-схема (а) и схема подключения (б) драйвера SKHIT 01

Рис. 2. Блок-схема (а) и схема подключения (б) драйвера SKHIT 01

Рис. 3. Внешний вид платы драйвера СХИТ 01

При малых мощностях нагрузки эта проблема обычно решается использованием резистора «предварительной зарядки» и реле, которое замыкает его в конце процесса зарядки. С увеличением мощности реализация такой схемы усложняется, к тому же надежность мощных контакторов относительно невысока, поэтому для зарядки конденсаторов силовой шины обычно используют тиристорные выпрямители с фазовым управлением. Для обеспечения плавной зарядки конденсаторов силовой шины компания International Rectifier разработала встроенный драйвер IR1110 — контроллер Soft Start, упрощенная схема подключения которого представлена ​​на рис. 4. Микросхема IR1110 доступна в корпусе MQFP-64. Он способен управлять трехфазным полууправляемым тиристорным мостом и обеспечивает следующие режимы работы:

  • регулирование напряжения силовой шины;
  • возможность работы с однофазной и трехфазной сетью напряжением 115/230/380/460/575 В;
  • возможность программирования характеристик повышения напряжения;
  • защита от короткого замыкания на силовой шине;
  • формирование сигнала неисправности.

SEMIKRON предлагает свое решение проблемы (см. Рис. 2, б). После подачи питания конденсатор C заряжается через выпрямительные диоды D1 — D3, а резистор R заряжается. В конце процесса зарядки включается тиристорный выпрямитель Th1-Th3, управляемый драйвером SKHIT 01, и генерируется сигнал, разрешающий подключение нагрузки. Достоинством данной схемы является отсутствие прерывания тока тиристорами и, как следствие, низкий уровень излучаемых в сеть помех. Такую схему проще реализовать, а наличие трех дополнительных маломощных диодов практически не влияет на стоимость изделия. В отличие от схемы с контроллером IR1110, при использовании драйвера SKHIT01 требуется минимальное количество внешних элементов.

Рис. 4. Схема подключения (а) и внешний вид платы IRMDSS1 (б) с драйвером IR1110 и тиристорным выпрямителем

На рис. 2, а показана блок-схема драйвера SKHIT 01. Десятичный счетчик (5), который принимает тактовые импульсы от генератора (4), генерирует три сдвинутых по фазе импульса напряжения с частотой 10 кГц и скважностью около 0,1. Фазовый сдвиг импульсных последовательностей определяется фазовым сдвигом питающего напряжения L1 — L3. Кроме того, импульсы через усилители компаратора (6) и ограничивающие резисторы направляются на управляющие электроды тиристоров. Если на тиристоры подается отрицательное напряжение (линейное напряжение L1 — L3) или отсутствует разрешающий сигнал (строб), управляющие сигналы тиристоров не проходят.

Потенциал точки соединения катодов тиристоров (+ UG) близок к выходному напряжению выпрямительного моста и не совпадает с потенциалом общего сигнального кабеля. Согласование потенциалов осуществляется с помощью гальванически изолированного преобразователя постоянного тока в постоянный (1). Для включения драйвера используется сигнал «строб», разрешающий или запрещающий прохождение управляющих импульсов на выход устройства.

Конструкция и принцип действия

Тиристорный ключ состоит из трех частей:

  • Анод.
  • Катод.
  • Вход.

Последний состоит из трех pn переходов. В этом случае переходы переключаются с очень высокой скоростью. В целом принцип работы тиристора можно лучше объяснить, если рассматривать схему пучка двух параллельно включенных транзисторов, как переключателей с дополнительным рекуперативным действием.

Конструкция тиристора

Отсюда простейшая схема из двух транзисторов, объединенных таким образом, что при запуске коллекторный ток течет в NPN второго устройства через каналы NPN первого. В то же время ток течет обратно через первый транзистор ко второму. Фактически получается довольно простое соединение, когда база-эмиттер одного из транзисторов, в нашем случае второго, получает ток от коллектора-эмиттера другого устройства, то есть первого.

Цепь постоянного тока

В цепи постоянного тока тиристор работает по принципу приложения импульса положительной полярности, разумеется, по отношению к катоду. На продолжительность перехода из одного состояния в другое сильно влияет ряд характеристик. Это означает:

  • Тип нагрузки (индуктивная, активная и др).
  • Скорость нарастания импульса и его амплитуда, т. Е. Ток нагрузки.
  • Сама величина текущей нагрузки.
  • Напряжение в цепи.
  • Температура самого устройства.





Как проверить тиристор: 3 доступные методики для новичков

Я продемонстрирую принцип этой технологии на примере силового тиристора КУ202Н по одной простой причине: это было удобно, когда я писал статью, и я мог раздавать друзьям все более мощные модели для их самоделок…

Электрические методы
элементы управления будут показаны на его примере. Для этого я публикую важные особенности, которые необходимо учитывать при работе. Они делятся на две группы:

  1. предел;
  2. номинальный.

Параметры первой категории относятся к кратковременному импульсному режиму. Нам все равно: только номиналы могут обеспечить долгую работу.

Обрати внимание на:

  1. Максимально допустимое напряжение — 400 В;
  2. Постоянный ток в открытом и закрытом состоянии — 10 А;
  3. Ток удержания — 200 мА;
  4. Расцепитель постоянного тока — 100 мА.

Эти данные для других полупроводниковых устройств можно найти в технических руководствах и на многочисленных сайтах в Интернете.

Самый первый метод проверки: стрелочным тестером или цифровым мультиметром

Оценка работоспособности прибора КУ202Н Ц4324 в 3 этапа

У меня до сих пор есть такой редкий измерительный инструмент от старого работающего электрика. Он сохранился благодаря знаку качества и постоянному уходу во время измерения.

Шаг 1. Установка режима и измерение замкнутого состояния перехода

Средним переключателем выставляю режим измерения сопротивления, кнопкой — предел «килоом». Положительный вывод цепи — это сажа на аноде, а отрицательный вывод соединен с катодом.

Для наглядности я пометил их на фото ярко-красными «+» и «-» прямо на крокодиловой изоляции.

Стрелка измерения показывает очень высокое сопротивление. То же самое будет и при обратной полярности клемм. Вы можете контролировать.

Шаг 2. Открытие тиристора

Касаясь рукой, подключаю вывод управляющего электрода к корпусу (аноду) полупроводника.

Стрелка резко отклоняется к началу шкалы в сторону меньшего сопротивления. Значение порядка 0,15 К указывает на открытие np-перехода.

Шаг n. 3. Проверка состояния открыта при снятии контрольного сигнала

Вытаскиваю кабель из полупроводникового корпуса и наблюдаю за показаниями стрелки.

Не изменилось: переход сохранил позицию открытой. Полезно.

Проверка состояния КУ202Н цифровым мультиметром

Принципиальных отличий в анализе тиристорных устройств нет. Технология та же. Я показываю это на фотографиях на примере своего карманного мультиметра Mestek MT-102.

Для первого шага я поставил его в режим тестирования полупроводников и соединил устройство с крокодилами.

Дисплей показывает, что соединение закрыто: сопротивление высокое.

Затем подключаю выход управляющего электрода к аноду. Полупроводник открылся.

Если перемычка сломана, показания на дисплее не изменились.

Доступный для всех способ проверки током от батарейки и обычной лампочкой

Этот метод популярен, но сначала он требует от вас рассмотрения технических характеристик тестируемого устройства и выходных значений нагрузки, создаваемой лампой.

Для силовых транзисторов это не критично, но в маломощных изделиях нерасчетный ток может повредить структуру электронных компонентов.

Демонстрация техники будет проводиться на примере самого дешевого китайского фонарика на светодиодах и обычной лампочки. Принципиальных отличий при использовании батарейки АА или ААА нет.

На всякий случай измерил мультиметром ток лампочки.

Получил результат 183 миллиампера, что для нашего случая вполне нормально.

Я сейчас использую этот аккумулятор для тестирования. Я отдаю больше на анод и меньше на катод тестируемого полупроводника через лампочку.

Нет свечения. Это означает, что сопротивление тестируемой цепи большое, все переходы замкнуты.

Замыкаю контрольный электрод на корпусе прибора — анод.

Загорается лампочка: устройство открылось.

Запуск тиристора в работу может быть осуществлен путем подачи положительного напряжения от пальцевой батареи к ее аноду, а отрицательное сначала необходимо подключить к управляющему электроду.

Так рекомендуют справочники, но я предпочитаю первое. Это легче.

Теперь открываю созданное соединение. Крышка не перестает светиться: по цепи анод-катод продолжает течь ток.

Полупроводник остается в разомкнутом состоянии, ремонтопригоден.

Как можно проверить тиристор на электронной плате без выпаивания со схемы: советы бывалых

Работа, как всегда, должна выполняться без напряжения. Делается это не только из соображений безопасности, но и для надежности результата.

Следующим шагом будет удаление управляющего электрода из схемы. Можно отключить его контакт паяльником или вырезать след ножом.

Проведу эксперимент на том же КУ202Н без оплаты. Для проверки требуются 2 отдельных устройства:

  1. омметр;
  2. милливольтметр постоянного тока.

Их можно заменить двумя мультиметрами или тестерами, которые я показываю на следующих фотографиях. Перевожу свой тестер Ц4324 в режим измерения постоянного напряжения на пределе = 1,2В. Подключаю к аноду и катоду.

Я установил Mestek MT-102 в режим омметра и с помощью зажимов типа «крокодил» прикрепил его к полупроводниковым клеммам, чтобы чем больше он попадал на управляющий электрод, тем меньше попадал на анод.

Стрелка тестера отклонилась вправо, показав менее одного вольт. С помощью этого измерения можно судить о состоянии полупроводникового перехода.

Каждый из трех методов испытаний основан на принципах тиристоров. Он учитывает протекание в них токов через переходы полупроводников. При их выполнении важно оценить четыре последовательных фазы: Нормальное состояние закрытия до получения команды Открытие по команде Поддержание открытия при отключении управляющего сигнала Закрытие при отказе источника питания

Для более наглядного представления этих процессов я специально записал видео. Смотрите здесь.

Однако я рассматривал только КУ202Н, как достаточно распространенную модель, хотя она уже снята с производства. Трудно показать всем остальным в одной статье. И их очень много.

Тиристор в цепи постоянного напряжения

При питании схемы постоянным напряжением тиристор эффективен в качестве переключателя для нагрузок большой мощности. Здесь устройство ведет себя как электронный замок, поскольку после активации он остается во включенном состоянии до тех пор, пока не будет сброшен вручную. Рассмотрим практическую схему.

v

Цепь управления тиристором 1
Схема 1: КН1, КН2 — кнопки без фиксации; L1 — нагрузка в виде лампы накаливания мощностью 100 Вт; R1, R2 — постоянные резисторы 470 Ом и 1 кОм Эта простая схема включения / выключения используется для управления лампой накаливания. Между тем, вполне допустимо использовать схему в качестве коммутатора для электродвигателя, нагревателя и любой другой нагрузки, рассчитанной на питание постоянного тока.

Здесь тиристор имеет переходное состояние с прямым смещением и переключается в режим короткого замыкания нормально разомкнутой кнопкой KH1. Эта кнопка соединяет управляющий электрод Y с источником питания через резистор R1. Если значение R1 установлено слишком большим по сравнению с напряжением питания, устройство не будет работать.

Просто активируйте (нажмите) кнопку KH1, тиристор перейдет в состояние прямого проводника и останется в этом состоянии независимо от дальнейшего положения кнопки KH1. В этом случае текущая составляющая нагрузки показывает значение больше, чем ток блокировки тиристора.

Преимущества и недостатки использования тиристора

Одним из основных преимуществ использования этих полупроводников в качестве переключателя является очень высокий коэффициент усиления по току. Тиристор — это фактически управляемое током устройство.

Катодный резистор R2 обычно включается для того, чтобы снизить чувствительность электрода Y и увеличить емкость отношения напряжение-ток, что предотвращает ложное срабатывание устройства.

Когда тиристор блокируется и остается во включенном состоянии, это состояние может быть восстановлено только путем прерывания подачи питания или уменьшения анодного тока до нижнего значения удержания. Поэтому логично использовать нормально замкнутую кнопку KH2 для размыкания цепи, уменьшения тока, протекающего через тиристор, до нуля, заставляя устройство перейти в состояние «выключено».

Однако у схемы есть и недостаток. Нормально замкнутый механический переключатель KH2 должен быть достаточно сильным, чтобы соответствовать мощности всей цепи. В принципе, можно просто заменить полупроводник на мощный механический переключатель. Один из способов решить проблему с питанием — подключить переключатель параллельно тиристору.

Схема управления тиристором 2
Схема 2: КН1, КН2 — кнопки без фиксации; L1 — лампа накаливания 100 Вт; R1, R2 — резисторы постоянные 470 Ом и 1 кОм Модификация схемы — включение нормально разомкнутого маломощного переключателя параллельно переходу АК дает следующий эффект:

  • активация KH2 создает «короткое замыкание» между электродами A и K,
  • ток фиксации падает до минимального значения,
  • устройство переходит в состояние «выключено».

Управление тиристорами

В силовых электронных устройствах часто используется тиристорное регулирование фазы или ширины импульса.

Схема тиристора

В первом случае текущую нагрузку можно регулировать, изменяя углы либо α, либо θ. Это касается принудительной загрузки. Искусственную нагрузку можно регулировать только с помощью управляемого тиристора, также называемого блокируемым.

При ШИМ (широтно-импульсной модуляции) во время Turncr подается сигнал, а это означает, что само устройство находится в открытом состоянии, то есть на ток подается напряжение Un. В течение периода времени Tacr сигнал отсутствует, а само устройство находится в непроводящем состоянии.

Характеристики

Ключевые особенности включают следующее:


Максимально допустимый постоянный ток — это максимально возможное значение тока открытого элемента;

  • Максимально допустимый обратный ток — ток при максимальном обратном напряжении;
  • Прямое напряжение — падение напряжения при максимальном токе;
  • Обратное напряжение — это максимальное значение напряжения, допустимое в выключенном состоянии;
  • Напряжение зажигания — это самое низкое напряжение, при котором электронное устройство остается в рабочем состоянии;
  • Минимальный и максимальный ток управляющего электрода;
  • Максимально допустимая рассеиваемая мощность.

Рассмотренные элементы, помимо электронных ключей, часто используются в регуляторах мощности, которые позволяют изменять мощность, подаваемую на нагрузку, путем изменения среднего и действующего значений переменного тока. Амплитуда тока регулируется изменением момента подачи на тиристор сигнала открытия (изменением угла открытия). Угол открытия (регулировка) — это время от начала полупериода до момента открытия тиристора.

ДРМ — ОС

Драйвер регулятора мощности с обратной связью. Предназначен для работы в составе активного и активно-индуктивного регулятора мощности нагрузки в цепях переменного тока 220 В и 380 В частотой 50 Гц. Драйвер имеет обратную связь, позволяющую стабилизировать параметр (напряжение, квадрат напряжения, ток, квадрат тока, мощности) на нагрузке.

Тиристорные светодиоды

Обычно тиристор и светодиод не устанавливаются в одном приспособлении. Его место заменен диодом, который работает как включенным, так и выключенным, как обычный ключ. Это связано с разными причинами, главная из которых — конструкция и принцип работы самого устройства, которое всегда находится в открытом состоянии. Ученые изобрели так называемый тиристорный светодиод.

Тиристор LED
Тиристор LED

Прежде всего, помимо кремния, тиристорный светодиод содержит: галлий, алюминий, индий, мышьяк и сурьму. Во-вторых, спектр излучения для n-переходов между материалами создает длину волны 1,95 мкм. И это довольно большая оптическая мощность по сравнению с диодным элементом, который излучает световые волны того же диапазона.

Схема включения

Схема управления может выглядеть иначе, но в простейшем случае схема переключения тиристорного переключателя имеет форму, показанную на рисунке 2.

Лампочка L подключена к аноду, а положительный вывод источника питания GB подключен к нему через переключатель K2. Катод подключен к минусу источника питания.

После подачи питания переключателем К2 на анод и катод будет подано напряжение батареи, но тиристор останется закрытым, лампа не загорится. Для включения лампы нужно нажать кнопку К1, сигнал через резистор R поступит на управляющий электрод, тиристорная кнопка изменит свое состояние на разомкнутое, и лампа включится. Резистор ограничивает ток, подаваемый на затвор. Повторное нажатие кнопки K1 не влияет на состояние цепи.

Для закрытия электронного ключа необходимо отключить цепь от источника питания переключателем К2. Этот тип электронных компонентов закроется и в случае снижения напряжения питания на аноде до определенного значения, которое зависит от его характеристик. Вот как вы можете описать, как работает манекен-тиристор.

История изобретения


Изобретение тиристора стало возможным после открытия полупроводников и изучения их свойств. После открытия электричества в 1600 году английским физиком Уильямом Гилбертом многие инженеры и ученые посвятили себя изучению этого явления. Исключительными людьми, изучавшими электромагнетизм в разное время, были: Эрстед, Ампер, Вольт, Фарадей, Максвелл, Кюри, Яблочков. Благодаря их исследованиям и теоретическим гипотезам было обнаружено, что все окружающие твердые тела можно разделить на три группы:

  • проводники — вещества, имеющие большое количество свободных носителей заряда и способные проводить электрический ток практически без потерь;
  • диэлектрики — физические тела, плохо проводящие ток;
  • полупроводники — это материалы, в которых концентрация подвижных зарядов в кристаллической решетке намного ниже, чем количество атомов.


В 1947 году американцы Бардин, Бреттейн и Шокли создали первый транзистор, который послужил толчком для быстрого развития полупроводниковой технологии. Исследования этих материалов начались в разных странах. Таким образом, русский инженер Лошкарев выявил биполярное распространение. А Красилов и Мадоян разработали образцы элементов германия.

В 1960-х годах результаты исследований привели к созданию микросхем, содержащих несколько комбинированных транзисторов. Компании и фабрики приступили к созданию серийных электронных компонентов. В процессе изучения свойств полупроводников было обнаружено, что структура монокристаллов, то есть тел с непрерывной кристаллической решеткой, может иметь три и более pn перехода. В зависимости от уровня напряжения, приложенного к одному из них, состояние остальных менялось.

Способы и устройства управления тиристорами

Перевод тиристора из закрытого состояния в открытое осуществляется подачей сигнала на управляющий электрод. Существует несколько методов управления тиристорами: амплитуда, фаза, длительность импульса.

Метод регулирования амплитуды основан на зависимости напряжения переключения тиристора Un от величины управляющего тока. В этом случае увеличение управляющего тока IU приводит к уменьшению коммутируемого напряжения рис. 34.1, а, т.е каждому уровню управляющего тока, при котором включается тиристор, соответствует определенный уровень анодного напряжения А. К недостаткам метода амплитудного регулирования можно отнести, во-первых, неоднозначность входных-выходных характеристик (зависимости выходного напряжения от амплитуды управляющего сигнала) тиристорного усилителя, что связано со значительным разбросом входных характеристик тиристоров и их значительная температурная зависимость и, во-вторых, большие потери в тиристоре из-за протекания тока через управляющий переход в течение всего периода подачи напряжения питания.

Этот метод тиристорного управления используется только при питании усилителя переменным током (рис. 34.1, б) и имеет очень ограниченное применение из-за известных недостатков.

Метод регулирования фазы основан на изменении фазы управляющего сигнала относительно фазы переменного напряжения, питающего анодную цепь тиристора. Этот метод можно разделить на амплитудно-фазовый, при котором на управляющий электрод тиристора подается синусоидальное напряжение, фаза которого изменяется относительно фазы питающего напряжения (анода) и фазового импульса рис.34.1, в, когда тиристор открывается импульсом тока с регулируемой фазой. При первом способе управления процессы открытия тиристоров полностью аналогичны процессам, происходящим при регулировании амплитуды, но диапазон регулировки значительно расширен. Более рациональным является фазово-импульсное управление, обеспечивающее наилучшие энергетические характеристики тиристорных усилителей.

При таком способе управления в качестве управляющего сигнала используются импульсы, длительность которых, как правило, не превышает полупериода питающего напряжения. Учитывая, что время срабатывания тиристора невелико, для управления им обычно используются кратковременные импульсы длительностью от нескольких единиц до сотен микросекунд. Амплитуда импульсов управляющего тока должна превышать управляющий ток выпрямления IУ.С.

Изменяя фазу управляющих импульсов в пределах 0 <α></α><π, напряжение=»» в=»» нагрузке=»» регулируется=»» от=»» максимального=»» значения=»» до=»» нуля.=»» при=»» таком=»» способе=»» управления=»» полностью=»» исключается=»» влияние=»» разброса=»» входных=»» параметров=»» тиристора,=»» температуры=»» окружающей=»» среды=»» и=»» pn=»» переходов,=»» а=»» также=»» формы=»» напряжения=»» питания=»» на=»» входные-выходные=»» характеристики=»» усилителя.=»» к=»» преимуществам=»» метода=»» фазового=»» регулирования=»» следует=»» также=»» отнести=»» низкие=»» потери=»» на=»» тиристорном=»» управляющем=»» переходе=»» из-за=»» малой=»» длительности=»» управляющего=»» импульса.=»» этот=»» метод=»» наиболее=»» широко=»» используется=»» в=»» тиристорных=»» усилителях=»» любой=»»></π,>

Управление длительностью импульса тиристоров основано на изменении соотношения длительностей открытого и закрытого состояний тиристоров (по изменению скважности) рис. 34.1, г. Он используется в тиристорных усилителях с выходом переменного и постоянного тока. В обоих случаях соотношение между количеством полупериодов напряжения питания, приложенного к нагрузке через открытый тиристор, и количеством полупериодов, приложенных к закрытому тиристору, изменяется. Управляющие сигналы Uу могут формироваться в виде прямоугольных импульсов с переменной скважностью или в виде серии (пакетов) коротких импульсов Uу с переменной скважностью, подаваемых в начале полупериодов питающего напряжения. Такой способ управления можно использовать для построения тиристорных усилителей любой мощности. При этом эффективнее использовать его при питании усилителей от сети постоянного тока.

К существенным недостаткам метода управления шириной импульса можно отнести значительно меньшую быстродействие усилителя, чем в случае использования фазового метода тиристорного управления, из-за того, что время чистой задержки управления шириной импульса составляет несколько единиц периоды напряжения питания.

При фазовом методе желательно управлять тиристором с помощью импульсного сигнала небольшой длительности, немного большей, чем время срабатывания тиристора. Требуемый диапазон изменения фазы управляющего импульса в зависимости от типа усилителя мощности может находиться в пределах от долей полураспада до периода питающего напряжения. При построении многофазных усилителей также необходимо обеспечить максимально возможную симметрию управляющих импульсов, чтобы избежать появления в нагрузке постоянной составляющей тока, нарушающей нормальную работу устройства.

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

Метод контроля фазы может быть реализован несколькими способами.

Метод управления по вертикали, показанный на рис. 34.2, основан на сравнении переменного (опорного) и постоянного напряжения управляющего сигнала. Когда мгновенные значения этих напряжений равны, генерируется импульс, который усиливается и отправляется на управляющий электрод тиристора. Изменение фазы управляющего импульса достигается изменением уровня управляющего сигнала СС.

Рисунок 34.2. Вертикальный режим управления тиристорами: а — структурная схема устройства; б- графики изменения сигнала

Опорное напряжение, например в форме пилообразной формы, генерируется генератором переменного напряжения GPN (рис. 34.2, a) и синхронизируется с сетевым напряжением через устройство синхронизации CS, подается на устройство сравнения CS, которое одновременно питается управляющим напряжением от предусилителя ПУ. Сигнал устройства сравнения поступает на формирователь импульсов ПИ, а затем в виде мощного фазоуправляемого импульса направляется на управляющий электрод тиристора. Функции отдельных устройств можно комбинировать.

Управление тиристорами с помощью импульсных трансформаторов рис. 34.3 основано на изменении момента инверсии намагниченности насыщающегося трансформатора путем одновременного воздействия на него переменного и постоянного тока. В отличие от ранее рассмотренного способа управления, здесь сравнение опорного и управляющего сигналов осуществляется амперными витками переменного и постоянного тока, намагничивающих импульсный трансформатор IT Рис. 34.3, б При равенстве сил намагничивания IcW1 и IуW3 В момент θ = ά сердечник IT-трансформатора намагничивается и на обмотке W2 присутствует импульс напряжения Uit.

Напряжение на IT на рис. 34.3, а подается генератором переменного тока GPT и предусилителем PU. Как и в предыдущем случае, принятый сигнал отправляется на формирователь импульсов ПИ, которым может быть генератор блока ожидания, маломощный тиристорный усилитель и т.д.

При горизонтальном управлении управляющий импульс формируется в момент пересечения синусоидальным напряжением нуля и изменение его фазы обеспечивается изменением фазы синусоидального напряжения, то есть сдвигом этого напряжения по горизонтали. Его не особо использовали.

Поскольку для управления тиристорами требуется предварительное усиление, тиристорный усилитель можно динамически представить как произведение 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 сигнала

Передаточную функцию тиристорного преобразователя можно представить как передаточную функцию звена с чистой задержкой.

Многокнопочный переключатель с транзисторным аналогом тиристоров

Вариант схемы, выполненный на аналогах тиристорных транзисторов и схемах емкостной зарядки диодов с использованием малогабаритных конденсаторов, представлен на рис.8, 9.

Рис. 8. Схема равноценной замены тиристора на транзистор.

Схема обеспечивает светодиодную индикацию горящего канала. В связи с этим максимальный ток нагрузки каждого канала ограничен до 20 мА.

Рис. 9. Схема многокнопочного переключателя с аналогом тиристорного транзистора.

Устройства, подобные показанным на рис. 7 — 9, а также на рис. 10 — 12, могут быть использованы для систем выбора программ радио- и телевизионных приемников.

Недостатком схемных решений (рис. 7-9) является то, что при нажатии любой из кнопок все нагрузки хотя бы на мгновение подключаются к источнику питания.

Самодельный импульсный регулятор на тиристоре

Рабочая схема

Упрощенная схема сварочного аппарата

Чтобы рассчитать трансформатор для управления тиристором, необходимо предварительно ознакомиться хотя бы с одним из вариантов их изготовления. Предлагаемая схема самодельного импульсного трансформатора, работающего от сети 220 В, включает следующие основные узлы (фото ниже):

  • Блок управления тиристорным регулятором.
  • Электронная схема управления, начиная с импульсной обмотки.

Важно! Импульсная обмотка III и источник питания I индуктивно связаны через конденсатор C.

Амплитуда и длительность генерируемых импульсов определяется соотношением количества витков этих катушек и номинальной емкости. Для изготовления агрегата по приведенной выше схеме можно взять любой трансформатор из старого оборудования, отвечающий следующим требованиям:

  • обеспечить напряжение, необходимое для надежного зажигания дуги в режиме холостого хода;
  • долго выдерживают сварочный ток без перегрева обмоток;
  • соответствуют требованиям ПУЭ по электробезопасности.

Особенности изготовления магнитопровода

Для изготовления сердечника устройства, обеспечивающего управление тиристорами через импульсный трансформатор, лучше всего подходят два ферритовых кольца. Их можно снять со списанного оборудования, убедившись, что общая площадь поперечного сечения кольцевых пространств составляет не менее 50 см2.

Все рабочие поверхности магнитопровода изолируются окрашенной тканью, а сами кольца затем скрепляются хлопковой лентой, образуя фигуру в виде восьмерки.

Затем на изолирующий слой наматываются силовая, импульсная и силовая обмотки трансформатора. Для увеличения площади поперечного сечения каждая из катушек разделена на две половины (полуобмотки) и распределена по разным участкам кольца магнитопровода. Этот метод экономит место намотки и упрощает установку всех трех рабочих валков.

Магнитная цепь трансформатора

Блок питания выдает напряжение +5 В, генерирует импульсы перехода через нуль и содержит схему управления нагрузкой с помощью симистора. Детектор перехода через нуль линейного напряжения
взято из журнала «Радиолоцман». Он излучает переходные импульсы с интервалом 10 мс. Конденсатор С6 заряжается до 25 Вольт, предельного уровня стабилитрона D12. Входной ток ограничен R2. Когда выпрямленное входное напряжение падает ниже напряжения на конденсаторе C6, транзистор Q3 включается и генерирует импульс длительностью несколько сотен микросекунд. Оптопара U2 сглаживает края и делает выходной импульс более прямоугольным.

Цепь источника +5 Вольт

подробно описано в журнале «Радио» №11 за 2007 год, стр.30, в статье «Замена памяти сотового телефона». Добавлен стабилизатор на 78L05 для уменьшения помех и для дополнительной стабилизации. Работа схемы: сетевое напряжение через резистор R1, который действует как предохранитель, подается на мостовой выпрямитель на диодах D1-D4 и сглаживается конденсатором C1. Стабилизация выходного напряжения осуществляется косвенным методом. Для этого напряжение со второй обмотки трансформатора выпрямляется диодом D5, сглаживается конденсатором С2 и через стабилитрон D6 подается на базу транзистора. Для защиты источника в момент подключения к сети, а также при сильных колебаниях напряжения в сети на элементах Q1, R7 установлена ​​токовая защита Q2 на уровне 60… 70 мА.

Подключение симистора

изготовлен по схеме даташита на оптосимистор MOC3052. При проектировании блока питания предполагалось, что он будет использоваться только в режиме пропуска периода, поэтому в схеме нет фильтров для защиты от помех. Для работы в режиме управления фазой желательно добавить их, как минимум, простейший LC-фильтр перед симистором.

Оцените статью
Блог о трансформаторах
Adblock
detector