Схемы управления тиристорами. Фазосдвигающее устройство
На рис. 1 показаны простейшие экономичные схемы управления тиристорами. Наиболее простой метод включения тиристора представлен на рис. 1, а, где в качестве необходимого для включения управляющего тока используется часть тока, проходящего через тиристор. В разомкнутом состоянии контакта К тиристор не может открыться, так как на управляющий электрод не подается положительный потенциал.
При замыкании контакта К в положительный полупериод анодного напряжения через резисторы R1 и R2 и диод Д протекает ток управления. Сила этого тока зависит от мгновенного значения анодного напряжения, которое увеличивается от нуля до максимального значения. Ток управления достигнет необходимого для включения тиристора значения при определенном угле а. Если уменьшить сопротивление реостата R2, угол управления а станет меньше, так как ток управления достигнет необходимого значения при меньшем анодном напряжении.
При полностью введенном реостате R угол управления а достигнет максимального значения, которое не может превысить 90°, так как максимальное анодное напряжение обеспечивает максимальный ток управления.
Приведенная схема может работать на постоянном токе.
Тиристор может открыться при подаче на анод положительного полюса напряжения. Реостатом R2 устанавливается ток управления необходимой силы. Однако для закрывания тиристора необходимо шунтировать перемычкой или прервать цепь анодного тока.
Схема, приведенная на рис. 1, б, работает аналогично предыдущей через резистор нагрузки Rн ток проходит в оба полупериода питающего напряжения. Для включения тиристоров необходимо замкнуть контакт К. В положительный полупериод ток управления пройдет по цепи через резистор R1, диоды Д2 и Д4; при этом откроется тиристор Т2. Тиристор Т2 закроется при анодном напряжении, равном нулю, когда ток через тиристор упадет до нуля.
В отрицательный полупериод ток управления пройдет по цепи через резистор R2, диоды ДЗ и Д1 и откроется тиристор Т1. Реостатами R1 и R2 можно изменять действующее значение переменного напряжения на резисторе нагрузки Rн.
Недостатком предыдущих схем управления можно считать узкий диапазон регулирования угла а (от 0 до 90°).
Введением в схему регулирования неактивных элементов (емкостей и индуктивностей) можно расширить диапазон изменения угла а. В схеме, представленной на рис. 1, в, комбинация RС цепи и диода позволяет получить угол управления в интервале 0 — 180°.
Во время положительного полупериода анодного напряжения конденсатор С заряжается; когда напряжение на нем, приложенное между управляющим электродом и катодом тиристора Т, достигнет необходимого значения, тиристор откроется. Временем заряда конденсатора С определяется угол а. Это время можно изменять, меняя сопротивление реостата R2: чем больше сопротивление реостата R2, тем больше угол а и меньше среднее напряжение на резисторе Rн.
При переходе питающего напряжения через нуль тиристор закрывается. В отрицательный полупериод конденсатор С перезаряжается через диод Д2 до амплитуды отрицательного напряжения. В следующий положительный полупериод происходит перезаряд конденсатора и тиристор открывается.
Рис. 1. Простейшие схемы управления тиристорами
На рис.
1, г, д показаны схемы управления с насыщающимися дросселями, работающими в релейном режиме. В каждый положительный полупериод питающего напряжения по рабочей обмотке дросселя протекает пульсирующий ток. Индуктивное сопротивление рабочей обмотки зависит от магнитного состояния сердечника дросселя. В отсутствие сигнала на обмотке постоянного тока с указанной полярностью сердечник дросселя насыщается, индуктивное сопротивление рабочей обмотки уменьшается до нуля и входная цепь тиристора шунтируется. Таким образом, в отсутствие сигнала управления тиристор не может быть открыт. При подаче сигнала на обмотку управления (см. рис. 1, г) дроссель переводится в ненасыщенное состояние, так как обмотки включены встречно.
Переход дросселя из одного состояния в другое происходит практически мгновенно, что объясняется прямой петлей гистерезиса сердечника дросселя.
В ненасыщенном состоянии индуктивное сопротивление рабочей обмотки увеличивается до максимального значения и ток во время положительного полупериода через резисторы R1 и R2 и диод Д поступает к управляющему электроду тиристора и включает его.
Пока есть сигнал на управляющей обмотке, тиристор открывается в каждый положительный полупериод. Конденсат С предотвращает ложное срабатывание тиристора при переходных процессах в цепи переменного тока, шунтируя тиристор в момент всплеска напряжения.
В схеме, приведенной на рис. 1, д, рабочая обмотка дросселя Др включена последовательно в цепь управления тиристора. При наличии сигнала сердечник дросселя насыщен, так как обмотки управления и рабочая обмотка действуют согласно. Заряженный конденсатор С разряжается на входную цепь тиристора, и он открывается. В отрицательный полупериод тиристор закрыт, конденсатор заряжен. В положительный полупериод конденсатор снова заряжается и открывает тиристор. В отсутствие сигнала на обмотке управления сердечник дросселя не насыщен, в положительный полупериод конденсатор заряжается. Резистор R2 ограничивает напряжение входной цепи тиристора до значения, при котором тиристор не может открыться. Схемы на рис. 1, г, д могут использоваться как ключевые без регулирования выпрямленного напряжения.
В схеме управления (рис. 1, е) используется маломощный динистор Д, который включается при определенном напряжении между анодом и катодом. В положительный полупериод конденсатор С заряжается, причем время заряда можно регулировать реостатом R2. Когда напряжение на конденсаторе достигнет уровня включения динистора Д, конденсатор разрядится на первичную обмотку трансформатора Тр, на вторичной обмотке возникает импульс, и тиристор Т откроется. В отрицательный полупериод тиристор закрыт, конденсатор С перезаряжается. В следующий положительный полупериод конденсатор снова перезаряжается и открывает тиристор.
Приведенные простейшие схемы не лишены недостатков, связанных с зависимостью параметров от изменения температуры, небольшой скоростью нарастания тока управления и т. п. Для управления в преобразовательных устройствах применяются более сложные специальные схемы.
Это устройство является главным функциональным звеном любой системы управления, так как тиристорные схемы построены по принципу фазового управления.В зависимости от способа получения сдвига управляющих импульсов различают системы управления, построенные по «горизонтальному» и «вертикальному» принципам.
В зависимости от способа получения сдвига управляющих импульсов различают системы управления, построенные по «горизонтальному» и «вертикальному» принципам.При «горизонтальном» принципе управления сдвиг входного сигнала обычно синусоиды напряжения входной сети для выпрямителей, осуществляется во времени по оси абсцисс (по горизонтали), а затем из сдвинутой синусоиды формируются прямоугольные импульсы. Простейшая схема с горизонтальным управлением показана на рис. 2. Входной сигнал подается на первичную обмотку трансформатора Тр.
Это же напряжение является анодным для тиристора. Вторичная обмотка трансформатора разделена на два ппеча. На концах вторичной обмотки ае возникает переменное напряжение, которое представляет собой сумму напряжений между точками аd и dе. Эти напряжения могут быть изображены соответствующими векторами. Вторичное напряжение ае представляет собой геометрическую сумму падений напряжения на емкости С (вектор аb) и на резисторе R (вектор bе).
Выходное напряжение представлено вектором db. При изменении сопротивления резистора R изменяются активное падение напряжения (вектор bе), ток во вторичной цепи и, следовательно, емкостное падение напряжения. Векторы емкостного аb и активного bе падений напряжения должны оставаться перпендикулярными и их сумма (вектор ае) — неизменной.
Из векторной диаграммы видно, что при изменении сопротивления резистора R вектор db поворачивается и, следовательно, выходное напряжение Uвых сдвигается по фазе относительно входного напряжения Uвх.
Рис. 2. Сдвиг управляющего сигнала по «горизонтальному» принципу
При «вертикальном» принципе управления постоянное напряжение управления сравнивается с опорным переменным напряжением.
При этом постоянное напряжение управляющего сигнала Uс, которое регулируется с поста управления или автоматически устанавливается при изменении регулируемых параметров (напряжения генератора), сравнивается с эталонным переменным напряжением Uэ, имеющим неизменную амплитуду.
В момент равенства этих напряжений формируется импульс для открывания тиристора.
На рис. 3, а представлена схема генератора импульсов для управления тиристором возбудителя синхронного генератора в схеме ГЭУ дизель-электрохода.
Рис. 3. Принципиальная схема генератора импульсов и диаграмма напряжений
Данная ГЭУ имеет единую электростанцию, состоящую из трех дизель-генераторов, от которой питается ГЭД и через трансформаторы — потребители собственных нужд, поэтому назначение тиристорного возбудителя сводится к поддержанию постоянства напряжения на шинах или к его изменению при необходимости.
Управляющее напряжение Uс вырабатывается регулятором напряжения. Эталонное напряжение Uэ имеет синусоидальную форму и неизменную амплитуду Uм.
Напряжение сигнала может изменяться в пределах от — Uм до + Uм. Сложение переменного Uэ и постоянного Uс напряжений происходит на резисторах R1 и R2, которыми можно регулировать входное напряжение транзистора Т1.
При отсутствии сигнала управления Uс = 0 (напряжение генератора в норме) синусоида эталонного напряжения Uэ изменяется относительно оси t и проходит через нуль при угле а = 90° (рис. 3, б). Если считать, что положительное значение Uэ соответствует плюсу на базе транзистора Т1, то транзистор откроется при переходе кривой Uэ через нуль.
Пока транзистор Т1 закрыт, отрицательным потенциалом его коллектора поддерживается открытое состояние транзистора Т2, и конденсатор С разряжен через диоды ДЗ, Д2 и открытый коллекторный переход транзистора Т2. В момент открывания транзистора Т1 потенциал базы транзистора Т2 становится положительным, и последний закрывается.
При переходе транзистора Т2 из открытого состояния в закрытое потенциал его коллектора изменяется с положительного на отрицательный, что приводит к заряду конденсатора С.
Зарядный ток проходит через диоды Д5 и Д4 и является током базы транзистора Тз, открывающего последний.
В открытом состоянии транзистора ТЗ на резисторе R9 возникает напряжение, которое прикладывается между управляющим электродом и катодом тиристора возбудителя. Время существования импульса на выходе равно времени заряда конденсатора, которое зависит от емкости конденсатора и силы тока заряда.
Если напряжение на тиристоре Uт сдвинуто относительно эталонного на 90°, как изображено на диаграмме, то передний фронт импульса возникнет при угле а = 90° и тиристор будет открыт в течение половины положительного полупериода, что соответствует номинальному возбуждению генератора. Тиристор будет закрыт весь отрицательный полупериод напряжения Uт и часть положительного. В начале положительного полупериода напряжения Uэ транзистор Т1 закроется, а Т2 откроется, конденсатор С разрядится и будет готов для нового импульса.
При уменьшении напряжения генератора возникает напряжение (сигнал), приложенное минусом к базе Т1 (на диаграмме — Uс).
При сложении напряжений на входе транзистора Т1 синусоида напряжения Uэ будет изменяться относительно оси и угол открывания тиристора уменьшится до значения а1, а среднее значение выпрямленного напряжения и возбуждение генератора увеличатся. При увеличении напряжения генератора выше нормы возникает напряжение, приложенное плюсом к базе Т2 (на диаграмме +Uс). Теперь синусоида Uэ будет изменяться относительно оси t2 и угол включения увеличится до значения а2.
Среднее выпрямленное напряжение и возбуждение генератора уменьшатся.
По вертикальному принципу построена схема управления тиристором, приведенная на рис. 4, где используется импульсный трансформатор ТрИ, работающий совместно с транзистором Т1 в режиме блокинг-генератора. Входное напряжение транзистора создается суммой постоянного напряжения сигнала и переменного эталонного напряжения Uэ с неизменной амплитудой.
Транзистор Т1 открывается при возникновении на базе отрицательного потенциала, когда кривая Uэ переходит через нуль в зону отрицательных значений (см. рис. 3, б), По мере открывания транзистора нарастает ток в цепи коллектора, проходящий через первичную обмотку импульсного трансформатора; при этом в базовой обмотке трансформатора наводится э. д. с., которая прикладывается плюсом к эмиттеру и осуществляет положительную обратную связь, что способствует дальнейшему открыванию транзистора. Ток в первичной обмотке трансформатора нарастает лавинообразно, и в выходной обмотке ТрИ возникает э.д.с., которая через диод Д2 и резистор R1 создает импульс управления тиристором: тиристор открывается.
Рис. 4. Формирователь импульсов с блокинг-генератором
В насыщенном состоянии транзистора ток коллектора достигает максимального значения и перестает изменяться, импульс исчезает. Э.д.с. в базовой обмотке равна нулю, положительная обратная связь не работает, и ток коллектора начинает уменьшаться.
Уменьшение тока коллектора наводит в базовой обмотке э.д.с. другого направления, которая осуществляет отрицательную обратную связь и способствует закрыванию транзистора. Одновременно в выходной обмотке наводится э. д. с. другого направления, которая создает ток в разрядном контуре через диод Д1.
В коллекторной обмотке импульсного трансформатора спад тока наводит э.д.с. самоиндукции, которая, поддерживая направление тока, препятствует запиранию транзистора, так как прикладывается плюсом к эмиттеру. Эта э.д.с. создает шунтирующую цепь через стабилитрон Ст. После закрывания транзистора, если на базе снова возникнет отрицательный потенциал, процесс повторяется и выдается следующий импульс.
Таким образом, импульсы подаются в течение всего отрицательного полупериода входного напряжения транзистора. Тиристор может быть открыт первым импульсом, и последующие импульсы его открытого состояния не меняют. Сдвиг по фазе момента подачи импульсов зависит от значения и полярности постоянного напряжения сигнала Uс, которое вырабатывается регулятором напряжения генератора или ГЭД.
Тиристорные коммутаторы нагрузки (10 схем)
Для включения и отключения нагрузки (ламп накаливания, обмоток реле, электродвигателей и т.п.) зачастую используют тиристоры. Особенность этого вида полупроводниковых приборов и основное их отличие от транзисторов заключается в том, что они обладают двумя устойчивыми состояниями, без каких-либо промежуточных.
Это состояние «включено», когда сопротивление полупроводникового прибора минимально, и состояние «выключено», когда сопротивление тиристора максимально. В идеале эти сопротивления приближаются к нулю или бесконечности.
Для включения тиристора на его управляющий электрод достаточно хотя бы кратковременно подать управляющее напряжение. Отключить тиристор (запереть) можно кратковременным выключением питания тиристора, сменой полярности питающего напряжения либо уменьшением тока в нагрузке ниже тока удержания тиристора.
Обычно включают и отключают тиристорные коммутаторы двумя кнопками. Значительно меньшее распространение получили однокнопочные схемы управления тиристорами.
Здесь подробно рассмотрены методы однокнопочного управления тиристорными коммутаторами. Принцип работы тиристорных однокнопочных управляющих устройств основан на динамических зарядно-разрядных процессах в цепи управления тиристора [EW 4/01-299].
Схема однокнопочного управления тиристором
На рисунке 1 показана одна из простейших схем однокнопочного управления тиристорным коммутатором. В схеме (здесь и далее) используют кнопки без фиксации положения. В исходном состоянии нормально замкнутые контакты кнопки шунтируют цепь управления тиристором.
Сопротивление тиристора максимально, ток через нагрузку не протекает. Диаграммы основных процессов, протекающих в схеме на рис. 1, рассмотрены на рис. 2.
Для включения тиристора (ON) нажимают на кнопку SB1. При этом нагрузка оказывается подключенной к источнику питания через контакты кнопки SB1, а конденсатор С1 заряжается через резистор R1 от источника питания.
Скорость заряда конденсатора определяется постоянной времени цепи R1C1 (см.
диаграмму). После того как кнопку отпустят, конденсатор С1 разряжается на управляющий электрод тиристора. Если напряжение на нем равно или превышает напряжение включения тиристора, тиристор отпирается.
Рис. 1. Принципиальная схема управления тиристором с помощью одной кнопки.
Рис. 2. Диаграммы основных процессов, протекающих в схеме с тиристором.
Отключить нагрузку (OFF) можно кратковременным нажатием на кнопку SB1. При этом конденсатор С1 не успевает зарядиться. Поскольку контакты кнопки шунтируют электроды тиристора (анод — катод), это равноценно отключению источника питания тиристора. В результате нагрузка будет отключена.
Следовательно, для включения нагрузки необходимо с большей продолжительностью нажать на управляющую кнопку, для отключения — еще раз кратковременно нажать ту же кнопку.
Простые силовые ключи на тиристорах
На рис. 3 и 4 показаны варианты схемной идеи, представленной на рис. 1. На рис. 3 использована цепочка последовательно соединенных диодов VD1 и VD2 для ограничения максимального напряжения заряда конденсатора.
Рис. 3. Вариант схемы управления тиристором одной кнопкой.
Это позволило заметно снизить рабочее напряжение (до 1,5…3 В) и емкость конденсатора С1. В следующей схеме (рис. 4) резистор R1 включен последовательно с нагрузкой, что позволяет создать двухполюсный коммутатор нагрузки. Сопротивление нагрузки должно быть намного ниже, чем сопротивление R1.
Рис. 4. Схема электронного ключа на тиристоре с последовательным подключением нагрузки.
Тиристорный коммутатор с двумя кнопками
Тиристорное устройство управления нагрузкой (рис. 5) может быть использовано для включения и выключения нагрузки любой из нескольких последовательно включенных кнопок, работающих на разрыв цепи. Принцип действия тиристорного коммутатора заключается в следующем.
При включении устройства напряжение, подаваемое на управляющий электрод тиристора, недостаточно для его включения. Тиристор, и, соответственно, нагрузка отключены. При нажатии на любую из кнопок SB1 — SBn (и удержании ее нажатой) конденсатор С1 заряжается через резистор R1 от источника питания.
Цепь управления тиристора и сам тиристор при этом отключены.
Рис. 5. Схема простого тиристорного коммутатора нагрузки с двумя кнопками.
После отпускания кнопки и восстановления цепи питания тиристора накопленная конденсатором С1 энергия оказывается приложенной к управляющему электроду тиристора. В результате разряда конденсатора через управляющий электрод тиристор включается, подсоединяя тем самым нагрузку к цепи питания.
Для отключения тиристора (и нагрузки) кратковременно нажимают на любую из кнопок SB1 — SBn. При этом конденсатор С1 не успевает зарядиться. В то же время цепь питания тиристора размыкается, тиристор запирается.
Величина резистора R2 зависит от напряжения питания устройства: при напряжении 15 В его сопротивление — 10 кОм при 9 В — 3,3 кОм при 5 6-1,2 кОм.
Схема с эквивалентом тиристора на транзисторах
При использовании вместо тиристора его транзисторного аналога (рис. 6) величина этого резистора меняется, соответственно, от 240 кОм (15 В) до 16 кОм (9 В) и до 4,7 кОм (5 В).
Рис. 6. Схема электронного коммутатора нагрузки с транзисторным эквивалентом тиристора.
Аналог многокнопочного переключателя на тиристорах
Тиристорное устройство, позволяющее создать аналог многокнопочного переключателя с зависимой фиксацией положения и использующее для управления кнопочные элементы, работающие без фиксации, показано на рис. 7. В схеме может быть использовано несколько тиристоров, однако, для упрощения схемы, на рисунке показано лишь два канала. Другие каналы коммутации могут быть подключены аналогично предыдущим.
Рис. 7. Принципиальная схема аналога многокнопочного переключателя с использованием тиристоров.
В исходном состоянии тиристоры заперты. При нажатии на кнопку управления, например, кнопку SB1, конденсатор С1 относительно большой емкости оказывается подключенным к источнику питания через диоды VD1 — VDm и сопротивления нагрузки всех каналов.
В результате заряда конденсатора возникает импульс тока, приводящий к кратковременному замыканию анодов всех тиристоров через соответствующие диоды VD1 — VDm на общую шину.
Любой из тиристоров, если он был включен, отключается. В то же время конденсатор накапливает энергию. После отпускания кнопки конденсатор разряжается на управляющий электрод тиристора, отпирая его.
Для включения любого другого канала нажимают соответствующую кнопку. Происходит отключение (сброс) ранее задействованной нагрузки и включение новой нагрузки. В схеме предусмотрена кнопка SB0 общего отключения всех нагрузок.
Многокнопочный переключатель с транзисторным аналогом тиристоров
Вариант схемы, выполненный на транзисторных аналогах тиристоров и диодно-емкостных зарядных цепочках с использованием малогабаритных конденсаторов, показан на рис. 8, 9.
Рис. 8. Схема эквивалентной замены тиристора транзисторами.
В схеме предусмотрена светодиодная индикация включенного канала. В этой связи максимальный ток нагрузки каждого из каналов ограничен значением 20 мА.
Рис. 9. Схема многокнопочного переключателя с транзисторным аналогом тиристоров.
Устройства, аналогичные представленным на рис. 7 — 9, а также на рис. 10 — 12, можно использовать для систем выбора программ радио- и телеприемников.
Недостатком схемных решений (рис. 7 — 9) является то, что в момент нажатия на любую из кнопок все нагрузки оказываются хотя бы на мгновение подключенными к источнику питания.
Схемы многопозиционных переключателей
На рис. 10 и 11 показан тиристорный коммутатор разрывного типа с неограниченным количеством последовательно включенных элементов.
При нажатии на одну из кнопок управления цепь питания аналогов тиристоров размыкается по постоянному току. Конденсатор С1 оказывается включенным последовательно с аналогом тиристора.
Рис. 10. Схема базового элемента для самодельного многопозиционного коммутатора нагрузки.
Рис. 11. Принципиальная схема самодельного многопозиционного коммутатора нагрузки.
Одновременно управляющее напряжение (нулевого уровня) через задействованную кнопку и резистор R2 (рис.
10) подается на управляющий электрод аналога тиристора.
Поскольку в первые мгновения при нажатии кнопки последовательно с аналогом тиристора оказывается включенным полностью разряженный конденсатор, такое включение равносильно короткому замыканию в цепи питания соответствующего тиристора. Следовательно, тиристор отпирается, включая тем самым соответствующую нагрузку.
При нажатии на любую другую кнопку ранее задействованный канал отключается, и включается другой канал. При длительном (порядка 2 сек) нажатии на любую из кнопок конденсатор С1 заряжается, что равнозначно размыканию цепи и приводит к запиранию всех тиристоров.
Схема усовершенствованного электронного переключателя
Рис. 12. Принципиальная схема тиристорного коммутатора для множества нагрузок.
В ряду тиристорных коммутаторов наиболее совершенной представляется схема, показанная на рис. 12. При нажатии кнопки управления возникает бросок тока, эквивалентный короткому замыканию.
Происходит отключение ранее задействованных тиристоров и включение тиристора, соответствующего нажатой кнопке.
В схеме предусмотрена светодиодная индикация задействованного канала, а также кнопка общего сброса.
Вместо конденсаторов большой емкости могут быть использованы диодно-конденсаторные цепочки (рис. 12). Принцип действия схемы сохраняется. В качестве нагрузки можно использовать низковольтные реле, например, РМК 11105 сопротивлением 350 Ом на рабочее напряжение 5 В.
Резистор R1 ограничивает ток короткого замыкания и ток максимального потребления величиной 10… 12 мА. Количество каналов коммутации не ограничено.
Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год.
Как работает тиристорная схема » Electronics Notes
Существует множество тиристорных/тиристорных цепей, которые могут управлять как постоянным, так и переменным током – часто в цепях управления переменным током используется разность фаз на затворе для управления уровнем протекающего тока.
Схема тиристора Включает:
Руководство по проектированию схемы тиристора
Схема работы
Схема запуска/запуска
Лом перенапряжения
Симисторные схемы
Тиристорные или тиристорные схемы широко используются для управления мощностью систем постоянного и переменного тока.
В схемах используется множество различных методов для управления протеканием тока нагрузки, но все они требуют срабатывания затвора и снятия анодно-катодного напряжения, чтобы остановить протекание тока.
Понимание того, как работает схема тиристора/тиристорного тиристора, позволяет упростить проектирование в целом и обеспечить правильную работу схемы.
Многие схемы с тиристорами и тиристорами переменного тока используют переменную разность фаз сигнала, создаваемого на затворе, для управления частью формы волны, которую проводит тиристор. Этот тип схемы относительно прост в проектировании и изготовлении.
Цепь тиристора/тиристора постоянного тока
Во многих приложениях требуется схема SCR для управления работой нагрузки постоянного тока. Это может быть использовано для двигателей постоянного тока, ламп или любой другой нагрузки, требующей переключения.
Базовая схема SCR, приведенная ниже, способна управлять питанием нагрузки с помощью небольшого переключателя, чтобы инициировать подачу питания на нагрузку.
Первоначально, когда S1 закрыт, а S2 открыт, ток не течет. Только когда S2 закрыт и он запускает затвор, вызывая протекание тока затвора, цепь SCR включится и ток будет течь в нагрузке.
Ток будет течь до тех пор, пока цепь анода не будет разорвана. Это можно сделать с помощью S1. Альтернативный метод заключается в том, чтобы поместить переключатель S1 на тиристор и, мгновенно замкнув его, напряжение на тиристоре исчезнет, и тиристор перестанет проводить ток.
В результате их функций в этой цепи SCR S1 можно назвать выключателем, а S2 — выключателем ON. В этой конфигурации S1 должен выдерживать полный ток нагрузки, а S2 должен выдерживать только ток затвора.
После включения тиристора переключатель можно отпустить и оставить разомкнутым, так как действие тиристора поддерживает ток, протекающий через устройство и, следовательно, нагрузку.
Резистор R1 подключает затвор к источнику питания через переключатель.
Когда ключ S2 замкнут, ток проходит через резистор, входит в затвор и включает SCR. Резистор R1 должен быть рассчитан так, чтобы обеспечить достаточный ток затвора для включения цепи SCR.
R2 включен для снижения чувствительности SCR, чтобы он не срабатывал при любом шуме, который может быть уловлен.
Основной тиристор переменного тока / цепь SCR
Когда переменный ток используется с тиристорной схемой, необходимо внести несколько изменений, как показано ниже.
Причина этого заключается в том, что переменный ток меняет полярность в течение цикла. Это означает, что тиристор станет смещен в обратном направлении, эффективно уменьшая анодное напряжение до нуля, заставляя его выключаться в течение одной половины каждого цикла. В результате нет необходимости в выключателе, поскольку это достигается за счет использования источника переменного тока.
Базовая схема тиристора переменного тока / SCR Работа схемы немного отличается от работы схемы SCR постоянного тока.
Когда переключатель включен, схема должна будет ждать, пока не будет достаточно доступного анодного напряжения, поскольку форма волны переменного тока движется по своему пути. Кроме того, схема SCR должна будет ждать, пока напряжение в секции затвора схемы не сможет обеспечить достаточный ток для срабатывания SCR. Для этого переключатель должен находиться в закрытом положении.
После срабатывания SCR остается в проводящем состоянии в течение положительной половины цикла. Когда напряжение падает, наступает момент, когда напряжение анод-катод становится недостаточным для поддержания проводимости. В этот момент SCR перестанет проводить ток.
Затем в течение отрицательной половины цикла SCR не будет работать. Только когда вернется следующая положительная половина цикла, процесс повторится.
В результате эта цепь работает только тогда, когда переключатель ворот находится в закрытом положении.
Одна из проблем, связанных с использованием цепи SCR такого типа, заключается в том, что она не может подавать на нагрузку более 50 % мощности, потому что она не проводит ток во время отрицательной половины периода переменного тока, так как SCR смещен в обратном направлении.
Цепь тиристора переменного тока с управлением фазой затвора
Можно контролировать количество энергии, достигающей нагрузки, изменяя пропорцию полупериода, в течение которого проводит SCR. Этого можно достичь, используя схему SCR, которая включает управление фазой входного стробирующего сигнала.
Осциллограммы цепи тиристора переменного токаИспользуя схему тиристора с управлением фазой, можно увидеть, что сигнал затвора тиристора получается из RC-цепи, состоящей из R1, VR1 и C1 перед диодом D1.
Как и в базовой схеме SCR переменного тока, интерес представляет только положительный полупериод сигнала, поскольку SCR смещен в прямом направлении. В течение этого полупериода конденсатор C1 заряжается через сеть резисторов, состоящую из R1 и VR1, от напряжения питания переменного тока.
Видно, что форма сигнала на положительном конце C1 отстает от формы входного сигнала, и затвор срабатывает только тогда, когда напряжение на верхнем конце конденсатора возрастает достаточно, чтобы запустить SCR через D1
.
В результате момент включения SCR задерживается по сравнению с тем, что обычно происходит, если сеть RC отсутствует.
Установка значения VR1 изменяет задержку и, следовательно, долю цикла, в течение которого работает SCR. Таким образом можно регулировать мощность нагрузки.
Цепь тиристора переменного тока с управлением фазой затвораПоследовательный резистор R1 был включен для ограничения минимального значения резисторной сети значением, которое обеспечивает приемлемый уровень тока затвора для SCR.
Как правило, чтобы обеспечить полный контроль над 50% цикла, доступного для проводимости с SCR, фазовый угол стробирующего сигнала должен варьироваться от 0° до 180°.
Эти схемы дают некоторые из основных концепций, лежащих в основе проектирования цепей SCR / тиристоров. Они демонстрируют основные операции того, как они работают и как их можно использовать.
Одной из основных проблем, о которой следует помнить при проектировании тиристорных цепей, является рассеиваемая мощность.
Поскольку эти схемы часто работают с высокими напряжениями и высокими уровнями мощности, рассеивание мощности может быть основным фактором при проектировании и работе схемы.
Дополнительные схемы и схемы:
Основы операционных усилителей
Схемы операционных усилителей
Цепи питания
Транзисторная конструкция
Транзистор Дарлингтона
Транзисторные схемы
схемы полевых транзисторов
Символы цепи
Вернитесь в меню проектирования схем . . .
SCR Кремниевый выпрямитель » Примечания по электронике
Тиристорные или тиристорные цепииспользуются для многих целей управления мощностью, от управления освещением до двигателей переменного тока и других коммутационных приложений.
Схема тиристора Включает:
Руководство по проектированию схемы тиристора
Схема работы
Схема запуска/запуска
Лом перенапряжения
Симисторные схемы
Тиристорный или кремниевый выпрямитель, SCR является особенно полезным компонентом и находит множество применений в таких областях, как управление мощностью, где эти компоненты могут использоваться для переключения высоких напряжений и токов.
Тиристоры взяли на себя большинство приложений переключения мощности, которые когда-то обрабатывались реле, хотя контакторы очень высокого напряжения все еще используются.
Выпрямитель с тиристорным или кремниевым управлением, конструкция SCR может быть реализована простым способом. Устройства, хотя и немного необычные, следуют тем же основным правилам схемотехники, что и другие компоненты.
Основная проблема заключается в том, чтобы убедиться, что все компоненты имеют адекватные номинальные характеристики, поскольку часто тиристорные схемы используются в приложениях большой мощности.
Тиристор, основы цепи SCR
Тиристорный или кремниевый выпрямитель работает иначе, чем стандартный биполярный транзистор или полевой транзистор.
Тиристор имеет два электрода, которые подключены к основной цепи управления. Эти два электрода называются анодом и катодом.
Третий электрод, называемый затвором, используется для управления тиристором в цепи.
Примечание по тиристорной технологии:
Тиристоры или тиристоры основаны на уникальной структуре PNPN и имеют три электрода: анод, катод и затвор. Когда затвор получает ток запуска, он запускает тиристор, позволяя току течь до тех пор, пока напряжение между анодом и катодом не будет снято. Это позволяет тиристору переключать высокие напряжения и токи, хотя это только в течение половины цикла. Два могут использоваться для покрытия обеих половин цикла.
Подробнее о Тиристорная технология
Чтобы понять, как SCR работает в цепи, лучше всего посмотреть на его эквивалентную схему. Отсюда видно, что тринистор можно считать состоящим из двух соединенных между собой транзисторов.
В начальных условиях проводимость между анодом и катодом отсутствует. Однако, если на затвор подается ток, который заставляет TR2 проводить ток, SCR включится, но только в одном направлении. Эта проводимость будет поддерживаться, даже если ток затвора будет удален.
Таким образом, ток затвора можно рассматривать как триггерный импульс.
Чтобы остановить проводимость, напряжение между анодом и катодом должно быть снижено до уровня ниже уровня отключения. Это происходит, когда один или оба транзистора достигают режима отсечки. В этот момент проводимость всего устройства прекратится, и ворота необходимо будет повторно запустить.
Как можно понять, тиристор SCR проводит ток только в одном направлении. При использовании с сигналом переменного тока его необходимо повторно запускать для каждого полупериода проводимости.
Когда тиристор SCR находится в полностью проводящем состоянии, падение напряжения на устройстве обычно составляет около 1 В для всех значений анодного тока вплоть до его номинального значения.
После этого тиристор продолжает работать, пока анодный ток остается выше тока удержания для устройства, которое обычно обозначается как IH. Ниже этого значения SCR перестает проводить ток.
Поэтому в цепях постоянного тока и некоторых цепях переменного тока с высокой индуктивностью должны быть средства отключения устройства, поскольку тиристор будет продолжать проводить ток.
Схема тиристорного затвора
Во избежание перегрузки затвора, а также ложных срабатываний, в цепь затвора часто ставят резисторы.
Тиристорная схема с дополнительными резисторами затвораПри разработке схемы SCR часто включаются два резистора затвора.
На схеме включен R1 для ограничения тока затвора до приемлемого уровня. Этот резистор выбран таким образом, чтобы обеспечить достаточный ток для срабатывания тринистора, но не настолько большой, чтобы переход затвора подвергался нагрузке.
Второй резистор, R2, является резистором катода затвора, иногда обозначаемым как RGK, включенным для предотвращения ложного срабатывания. Это эффективно снижает чувствительность ворот.
Иногда этот резистор может быть включен в сам корпус SCR, и внешний резистор может не потребоваться.