Меню

Регулировка длительности импульса на тиристоре

Способы и схемы управления тиристором или симистором

Тиристоры нашли широкое применение в полупроводниковых устройствах и преобразователях. Различные источники питания, частотные преобразователи, регуляторы, возбудительные устройства для синхронных двигателей и много других устройств строились на тиристорах, а в последнее время их вытесняют преобразователи на транзисторах. Основной задачей для тиристора является включение нагрузки в момент подачи управляющего сигнала. В этой статье мы рассмотрим, как управлять тиристорами и симисторами.

Определение

Он, подобно диоду, проводит ток только в одном направлении. То есть для включения в цепь переменного тока для управления двумя полуволнами нужно два тиристора, для каждой по одному, хотя не всегда. Тиристор состоит из 4 областей полупроводника (p-n-p-n).

Основные характеристики

Как и любых других электронных компонентов у тиристоров есть ряд характеристик:

Падение напряжения при максимальном токе анода (VT или Uос).

Прямое напряжение в закрытом состоянии (VD(RM) или Uзс).

Обратное напряжение (VR(PM) или Uобр).

Прямой ток (IT или Iпр) – это максимальный ток в открытом состоянии.

Максимально допустимый прямой ток (ITSM) — это максимальный пиковый ток в открытом состоянии.

Обратный ток (IR) — ток при определенном обратном напряжении.

Постоянный ток в закрытом состоянии при определенном прямом напряжении (ID или Iзс).

Постоянное отпирающее напряжение управления (VGT или UУ).

Ток управления (IGT).

Максимальный ток управления электрода IGM.

Максимально допустимая рассеиваемая мощность на управляющем электроде (PG или Pу)

Принцип работы

Когда на тиристор подают напряжение он не проводит ток. Есть два способа включит его – подать напряжение между анодом и катодом достаточное для открытия, тогда его работа ничем не будет отличаться от динистора.

Другой способ – это подать кратковременный импульс на управляющий электрод. Ток открытия тиристора лежит в пределах 70-160 мА, хотя на практике эта величина, как и напряжение которое нужно приложить к тиристору зависит от конкретной модели и экземпляра полупроводникового прибора и даже от условий, в которых он работает, таких, например, как температура окружающей среды.

Полярность управляющего напряжения должна совпадать с полярностью напряжения между анодом и катодом, что вы наблюдаете на осциллограммах выше.

После подачи управляющего импульса в первой полуволне (условно положительной) синусоидального напряжения ток через симистор будет протекать до начала второй полуволны, после чего он закроется, как и обычный тиристор. После этого нужно подать еще один управляющий импульс для открытия симистора на отрицательной полуволне. Это наглядно проиллюстрировано на следующих осциллограммах.

Читайте также:  Vpceh3f1r драйвера регулировка яркости

Полярность управляющего напряжения должна соответствовать полярности приложенного напряжения между анодом и катодом. Из-за этого возникают проблемы при управлении симисторами с помощью цифровых логических схем или от выходов микроконтроллера. Но это легко решается путем установки симисторного драйвера, о чем мы поговорим позже.

Распространенные схемы управления тиристорами или симисторами

Самой распространенной схемой является симисторный или тиристорный регулятор.

Эта схема регулирует оба полупериода, то есть вы получаете полную регулировку мощности почти от 0% и почти до 100%. Это удалось достичь, установив регулятор в диодном мосте, таким образом регулируется одна из полуволн.

Упрощенная схема изображена ниже, здесь регулируется лишь половина периода, вторая полуволна проходит без изменения через диод VD1. Принцип работы аналогичен.

Симисторный регулятор без диодного моста позволяет управлять двумя полуволнами.

По принципу действия почти аналогична предыдущим, но построена на симисторе с её помощью регулируются уже обе полуволны. Отличия заключаются в том, что здесь импульс управления подаётся с помощью двунаправленного динистора DB3, после того как конденсатор зарядится до нужного напряжения, обычно это 28-36 Вольт. Скорость зарядки также регулируется переменным резистором или потенциометром. Такая схема реализована в большинстве бытовых диммеров.

На рисунке выше изображен вариант управления симистором с помощью микроконтроллера, на примере популярной платформы Arduino. Симисторный драйвер состоит из оптосимистора и светодиода. Так как в выходной цепи драйвера установлен оптосимистор на управляющий электрод всегда подаётся напряжение нужной полярности, но здесь есть некоторые нюансы.

Оптодрайверов для управления симисторами есть множество, типовые – это линейка MOC304x, MOC305x, MOC306X, произведенные компанией Motorola и другими. Более того – эти драйверы обеспечивают гальваническую развязку, что убережет ваш микроконтроллер в случае пробоя полупроводникового ключа, что вполне возможно и вероятно. Также это повысит безопасность работы с цепями управления, полностью разделив цепь на «силовую» и «оперативную».

Заключение

Мы рассказали базовые сведения о тиристорах и симисторах, а также управлении ими в цепях с «переменкой». Стоит отметить, что мы не затрагивали тему запираемых тиристоров, если вас интересует этот вопрос – пишите комментарии и мы рассмотрим их подробнее. Также не были рассмотрены нюансы использования и управления тиристорами в силовых индуктивных цепях. Для управления «постоянкой» лучше использовать транзисторы, поскольку в этом случае вы решаете, когда ключ откроется, а когда он закроется, повинуясь управляющему сигналу…

Читайте также:  Мотокоса штиль регулировка холостого хода

Источник

Расчет минимальной длительности импульса управления тиристором, обеспечивающей функционирование выпрямителя при максимальном угле управления

Наличие индуктивности цепи нагрузки Ld и индуктивности трансформатора La ограничивает диапазон регулирования напряжения на выходе выпрямителя. Ограничение минимального значения выпрямленного напряжения связано с параметром тиристора, который называется током включения IL. Если при включении тиристора его анодный ток не достигает IL, то после окончания управляющего импульса тиристор опять перейдет в закрытое состояние, и выпрямитель функционировать не будет.

В момент подачи первого управляющего импульсного сигнала на включение тиристора ток нагрузки равен нулю, ЭДС вторичной обмотки трансформатора e2 = E2msinα. За время действия управляющего импульса tи ток возрастает до значения, которое можно определить из уравнения второго закона Кирхгофа для цепи протекания тока:

, (33)

где R – сопротивление цепи, складывающееся из сопротивлений трансформатора, дросселя и двигателя;

L = La + Ld – индуктивность цепи.

ЭДС якоря в уравнении (33) отсутствует, так как якорь еще не вращается, и Е=0.

Пренебрегая изменением e2 за время короткого управляющего импульса, из уравнения (33) можно получить

,

где постоянная времени цепи протекания тока.

Отсюда получаем условие нормального функционирования выпрямителя при максимальном значении угла управления αmax:

. (34)

Для плавного трогания поезда напряжение на двигателе должно постепенно увеличиваться, начиная с определенного минимального значения Udmin, которое и определяет величину αmax. Принимая в формуле (7) Id = 0, получаем

. (35)

5.1) Максимальный угол управления.

Из выражения (35) получаем

;

.

5.2) Индуктивность трансформатора.

Расчетную формулу получим из выражения индуктивного сопротивления трансформатора (3) с учетом .

;

.

5.3) Сопротивление цепи протекания тока.

Значение R определяется из условия, что в номинальном режиме падение напряжения на этом сопротивлении составляет 5% от Udн.

;

.

5.4) Постоянная времени цепи протекания тока.

Постоянная времени цепи протекания тока равна

,

где L = La + Ld – индуктивность цепи;

La = 0,000419 Гн – индуктивность трансформатора;

Ld = 0,015 Гн – индуктивность цепи выпрямленного тока;

R = 0,038 Ом – сопротивление цепи протекания тока.

.

5.5) Минимальная длительность импульса управления тиристором.

Из выражения (34) имеем

.

,

где t – длительность импульса управления тиристором;

IL = 1 А – ток удержания тиристора;

R = 0,038 Ом – сопротивление цепи протекания тока;

E2m = 1655 В – амплитуда напряжения вторичной обмотки трансформатора;

αmax = 2,714 рад – максимальный угол управления.

;

Прологарифмируем левую и правую часть неравенства и получим

;

.

Рассчитаем минимальная длительность импульса управления тиристором

;

или .

Временные диаграммы

27
7. Система управления выпрямителем

7.1) Структура системы управления и временные диаграммы.

Управляющие импульсы на тиристоры вырабатываются системой управления выпрямителем. Структура одного из возможных вариантов выполнения системы и временные диаграммы, иллюстрирующие ее работу, приведены на рис. 10.

Читайте также:  Последовательность регулировки клапанов 402 двигатель

Напряжение специальной низковольтной обмотки трансформатора выпрямляется неуправляемым двухполупериодным выпрямителем ДПВ и используется для управления генератором пилообразного напряжения ГПН. Выходное напряжение ГПН подается на вход компаратора. На второй вход компаратора поступает управляющее напряжение Uупр, косвенно задающее величину угла управления. Подается оно либо непосредственно с контроллера машиниста, либо от системы автоматического управления.

В момент, когда линейно возрастающее напряжение uгпн сравнивается с Uупр, компаратор переключается и запускается формирователь Ф. Длительность выходного сигнала формирователя равна длительности импульса управления тиристором. Этот импульс должен проходить в один полупериод на тиристор VS1, в другой – на VS2.

Для этого в системе используются два однополупериодных выпрямителя ОПВ и логические элементы И. Высокий уровень напряжения на выходе элемента И будет только тогда, когда и на первом и на втором его входе будет также высокий уровень.

На управляющие элеткроды тиристоров импульсы подаются через выходные усилители ВУ и импульсные трансформаторы ИТ. Эти трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку цепей управления и высоковольтных силовых цепей, а также развязку катодов отдельных тиристоров силовой схемы.

Как следует из рассмотренного, регулирование α и Ud осуществляется путем изменения управляющего напряжения Uупр, причем, чем больше Uупр, тем меньше Ud.

7.2) Расчет диапазона изменения управляющего напряжения Uупр.

Расчет диапазона изменения управляющего напряжения Uупр, обеспечивающего регулирование угла α от αн до αmax. При расчете принимается, что напряжение на выходе ГПН возрастает линейно с темпом 1 В/мс.

Выход компаратора соединен с формирователем, в котором формируется управляющий импульс в момент, когда Uупр = Uгпн. С учетом того, что коммутационные процессы сужают интервал регулирования α от αн до αmax, найдем пределы регулирования Uупр.

Скорость изменения напряжения управления во времени равна .

Тогда при частоте переменного напряжения в контактной сети интервал времени ωt = 2π содержит t = 1/50 Гц = 0,02 с = 20 мс. При этом величина напряжения управления:

. (36)

Подставив в (36) αн (п.1.2) и αmax (п.5.1), получим пределы Uупр.

;

.

Получили диапазон изменения управляющего напряжения Uупр.

;

.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Источник

Adblock
detector