Контактное управление тиристорами

Контактное управление тиристорами

Если силовые тиристорные элементы предназначены для простого включения, отключения двигателя или его торможения, то рационально применять достаточно простые и надежные схемы управления. Они основаны на использовании анодного напряжения для формирования отпирающих импульсов. Угол открывания в этих схемах не регулируется или регулируется в небольшом диапазоне. Принцип такого управления рассмотрим на примере однофазного тиристорного элемента (рис. 1, а).

Если управляющие электроды тиристоров соединить между собой через некоторый резистор R упр, то под действием анодного напряжения возникает ток управления. Например, при положительной полярности зажима А ток управления iynp протекает через управляющий переход тиристора (катод — управляющий электрод) в обратном направлении, так как диодные свойства управляющего p — n -перехода незначительны.

Далее ток iynp идет через контакт К, резистор Rynp управляющий р- n -переход тиристора Т2, нагрузку Z„ на отрицательный зажим В. Таким образом, для тиристора Т2 анодное напряжение которого положительно, ток управления является тоже положительным. В результате тиристор Т2 откроется, как только ток управления достигнет необходимого значения.

Рис. 1. Тиристорный выключатель: а — схема без диодов, 6 — диаграмма токов и напряжения, в — схема с диодами

Тиристор Т2 в открытом состоянии шунтирует цепь управления и ток в ней прекращается, т. е. получается автоматическая отсечка тока. Возникают кратковременные импульсы управления (рис. 1, б), следующие с переменной полярностью через каждый полупериод сразу же после прохождения тока через нуль.

Угол открывания зависит от сопротивления Ryпp и Zн. При возрастании Rупр ток управления достигает необходимой величины позже и угол α увеличивается. Такой способ управления можно использовать для регулирования напряжения и тока на нагрузке. Однако ввиду большого разброса параметров тиристоров углы α получаются различными, что приводит к несимметрии работы тиристорного элемента и появлению несинусоидальных токов в нагрузке.

Если тиристорный элемент работает только в режиме коммутатора, без регулировки напряжения на нагрузке, то его называют тристорным контактором . На рис. 1, в показана схема однофазного контактора переменного тока, где управляющий переход зашунтирован диодом, стабилизирующим угол α .

На рис. 2, а, б показаны примеры упрощенных схем, дающих возможность наиболее экономичным способом управлять тиристорами в цепях постоянного тока.

Рис. 2. Схемы контактного управления тристорами

Чтобы открыть тиристор, на управляющий электрод подается сетевое напряжение через резистор R упр, диод Д и замкнутый контакт К. Когда мгновенное напряжение увеличивается до значения Uотк тиристор открывается, падение напряжения Δ U на нем уменьшается почти до нуля. Ток управления через диод прекращается, получается импульс. Отметим, что для открывания тиристора в одних случаях (рис. 2, а) контакты К нужно замкнуть, а в других (рис. 2, б) — разомкнуть.

На рис. 2, в показана схема тристорного управления асинхронным двигателем. К управляющим электродам тиристоров через диоды Д1 и Д2 прикладывается выпрямленное напряжение от вершин тиристорного треугольного элемента ABC. Вершины являются эквипотенциальными точками в периоды проводимости любых двух тиристоров. Поэтому напряжение управления существует в те узкие периоды времени, когда включен один из трех тиристоров.

При замкнутых контактах К создается трехфазная система однополярных импульсов, воздействующих на тристоры. Если выключатель разомкнуть, то сигналы прекращаются и тиристоры запираются при прохождении тока через нуль. Двигатель отключается. Группы диодов Д1 и Д2 позволяют создать участок выпрямленного тока, куда можно установить реостат Rpeг для регулировки угла открывания и выключатель К.

На рис. 2, г представлена схема управления вентильно-тиристорными элементами, образующими звезду в статорной обмотке электродвигателя.

При нажатии кнопки КнП вспомогательный тиристор ВТ открывается и подает импульсы, снимаемые с нулевой точки обмотки статора, на управляющие электроды через регулировочный реостат Rpeг и диоды Д2. Резистор R1упр необходим для поддержания тиристора ВТ в открытом состоянии при разомкнутой кнопке КнП.

Дело в том, что открывающие импульсы, снимаемые с нулевой точки обмотки статора, узки и при размыкании кнопки КнП вспомогательный резистор ВТ может отключиться. Чтобы этого не произошло, необходимо создать путь для поддержания анодного тока.

Резистор R1упр с трехфазным выпрямителем создает удерживающую цепь, аналогичную блокировочным контактам, шунтирующим кнопку КнВ в схеме магнитного пускателя. Резистор R2упр ограничивает ток управления. Резистор Rpeз как и в предыдущей схеме, является регулировочным, обеспечивающим изменение угла открывания в небольшом диапазоне ( α =30 + 50°).

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Тиристорный выключатель, переключатель, коммутатор. Тиристор (тринистор / симистор) — силовой ключ. Твердотельное реле своими руками.

Промышленное твердотельное реле переменного тока выглядит так:

Вашему вниманию подборка материалов:

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Z — детектор нуля. Мы видим, что такая схема получится из схемы A1, если в ней использовать оптроны с детектором нуля, например, те же MOC3061, MOC3062, MOC3063. Вообще основной особенностью твердотельного реле является переключение при нулевом напряжении. Они включаются и выключаются только в моменты, когда синусоида пересекает ноль. То есть на нагрузку либо целиком подается либо целиком не подается весь полупериод. Это обеспечивает минимальные помехи и потери при переключении.

Если мы хотим изготовить твердотельное реле своими руками, то можно применять любую из приведенных схем (A1, A2, A3, A4) в зависимости от наличия тиристоров с оптронами, снабженными детектором нуля.

Промышленные твердотельные реле устроены по приведенным схемам, только выполнены в едином монолитном корпусе. Такие реле являются хорошей альтернативой механическим, обладают на порядок большей надежностью, не подвержены износу и дребезгу контактов.

Трансформаторная гальваническая развязка.

Хотя оптическая изоляция является типовым решением, так как оно самое дешевое и простое, приведем другой вариант управления тиристором. Для него применяется малогабаритный импульсный трансформатор. Когда необходимо, чтобы тиристор был открыт, управляющая схема формирует импульсы. Эти импульсы подаются на управляющий электрод тиристора.

В верхней части изображена низковольтная схема. Цепи питания опущены. Эта схема выполнена на основе ШИМ контроллера 1156ЕУ2 или его аналогов. Это — фотореле, которое включает освещение при снижении освещенности в месте установки фоторезистора.

ШИМ контроллер имеет встроенный операционный усилитель ошибки, который применяется в данной схеме для контроля освещенности. Он охвачен положительной обратной связью через резистор R6, которая обеспечивает небольшой гистерезис, чтобы при пороговом уровне освещенности не происходило частых включений и выключений.

Когда освещенность повышается, сопротивление фоторезистора R5 снижается, напряжение на инвертирующем входе усилителя растет. В итоге напряжение на выходе переключается в низкое значение, и ШИМ контроллер перестает формировать импульсы. При падении освещения напряжение на выходе усилителя ошибки становится высоким, и ШИМ контроллер начинает формировать импульсы на выходе.

На выходах 11 и 14 попеременно формируются импульсы, что обеспечивает подачу на трансформатор симметричного напряжения. Небольшую асимметрию выходов, которая может быть, компенсирует конденсатор C3. Отношение длительности импульсов к длительности пауз устанавливается напряжением на ножке 8. В схеме длительность импульсов выбирается 10 мкс, а длительность паузы 90 мкс. Подстраиваем эту длительность подстроечным резистором R3. Регулировать начинаем при отсутствии освещения фоторезистора с крайне нижнего положения движка. Тогда на выходе сигал сначала отсутствует, потом появляются импульсы. Нужно добиться их указанной длительности. Увеличивать их больше указанного значения нельзя, так как трансформатор может войти в насыщение, что приведет к выходу контроллера из строя. Частоту работы контроллера выбираем 5 кГц.

В управляющей схеме (верхней части рисунка) номиналы элементов следующие: C1 — 1 мкФ. C3 — 1 мкФ. R1 — 30 кОм. R2 — подстроечный 47 кОм. Этим резистором задается пороговый уровень освещенности. R3 — подстроечный 47 кОм. Он задает максимальную длительность импульсов на выходе контроллера. R4 — 3 кОм. C2 — 0.1 мкФ. R4 и C2 задают частоту работы контроллера. R5 — фоторезистор 30 кОм. R6 — 470 кОм. R7 — 35 Ом.

Трансформатор выполнен на ферритовом кольце внешний диаметр 29 мм, внутренний 19 мм, высотой 7.5 мм. Марка феррита значения не имеет. Провод 0.1 мм. Первая обмотка трансформатора L2 содержит 8 витков. Вторая обмотка трансформатора L3 содержит 4 витков. Она может управлять одной из трех схем, изображенных ниже (A1, A2, A3). Для управления схемой A4 используются две одинаковые обмотки с тем же количеством витков. Таким образом, в качестве силовой части можно использовать любую из приведенных. Управляющий трансформатор состоит из обмоток L2 и L3 или L2, L3, L4. Резисторы в силовой части выбираются исходя из рекомендаций производителей выбранных тиристоров для резистора УЭ — катод.

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи.

Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное. Принцип действия.
Принцип действия, сборка и наладка преобразователя однофазного напряжения в трех.

Мобильное управление освещением. Звуковое реле. Включение / выключение.
Звуковое реле и схемы для включения освещения с помощью звонка на мобильный теле.

Двухполярный, двухполупериодный бестрансформаторный источник питания, .
Примеры схем двуполярного и двухполупериодного бестрансформаторного источника пи.

Микроконтроллеры — пример простейшей схемы, образец применения. Фузы (.
Самая первая Ваша схема на микро-контроллере. Простой пример. Что такой фузы.

Применение интегральных стабилизаторов напряжения (КРЕН). Типовые схем.
Как проектировать и рассчитывать источник питания на микросхеме интегрального ст.

Повышающие переменное, постоянное напряжение бестрансформаторные преоб.
Повышение напряжения без трансформатора. Умножители. Рассчитать онлайн. Преобраз.

Как работают мощные силовые тиристоры

В схемах и технической документации часто используются различные термины и знаки, но не все начинающие электрики знают их значение. Предлагаем обсудить, что такое силовые тиристоры для сварки, их принцип работы, характеристики и маркировка этих приборов.

Что такое тиристор и их виды

Многие видели тиристоры в гирлянде «Бегущий огонь», это самый простой пример описываемого устройства и как оно работает. Кремниевый выпрямитель или тиристор очень похож на транзистор. Это многослойное полупроводниковое устройство, основным материалом которого является кремний, чаще всего в пластиковом корпусе. Из-за того, что его принцип работы очень схож с ректификационным диодом (выпрямительные приборы переменного тока или динисторы), на схемах обозначение часто такое же — это считается аналог выпрямителя.

Фото — Cхема гирлянды бегущий огонь

Бывают:

• ABB запираемые тиристоры (GTO),
• стандартные SEMIKRON,
• мощные лавинные типа ТЛ-171,
• оптронные (скажем, ТО 142-12,5-600 или модуль МТОТО 80),
• симметричные ТС-106-10,
• низкочастотные МТТ,
• симистор BTA 16-600B или ВТ для стиральных машин,
• частотные ТБЧ,
• зарубежные TPS 08,
• TYN 208.

Но в это же время для высоковольтных аппаратов (печей, станков, прочей автоматики производства) используют транзисторы типа IGBT или IGCT.

Фото — Тиристор

Но, в отличие от диода, который является двухслойным (PN) трехслойного транзистора (PNP, NPN), тиристор состоит из четырех слоев (PNPN) и этот полупроводниковый прибор содержит три p-n перехода. В таком случае, диодные выпрямители становятся менее эффективными. Это хорошо демонстрирует схема управления тиристорами, а также любой справочник электриков (например, в библиотеке можно бесплатно почитать книгу автора Замятин).

Тиристор – это однонаправленный преобразователь переменного тока, то есть он проводит ток только в одном направлении, но в отличие от диода, устройство может быть сделано для работы в качестве коммутатора разомкнутой цепи или в виде ректификационного диода постоянного электротока. Другими словами, полупроводниковые тиристоры могут работать только в режиме коммутации и не могут быть использованы как приборы амплификации. Ключ на тиристоре не способен сам перейти в закрытое положение.

Кремниевый управляемый выпрямитель является одним из нескольких силовых полупроводниковых приборов вместе с симисторами, диодами переменного тока и однопереходными транзисторами, которые могут очень быстро переключаться из одного режима в другой. Такой тиристор называется быстродействующим. Конечно, большую роль здесь играет класс прибора.

Применение тиристора

Назначение тиристоров может быть самое различное, например, очень популярен самодельный сварочный инвертор на тиристорах, зарядное устройство для автомобиля (тиристор в блоке питания) и даже генератор. Из-за того, что сам по себе прибор может пропускать как низкочастотные, так и высокочастотные нагрузки, его также можно использовать для трансформатора для сварочных аппаратов (на их мосте используются именно такие детали). Для контроля работы детали в таком случае необходим регулятор напряжения на тиристоре.

Фото — применение Тиристора вместо ЛАТРа

Не стоит забывать и про тиристор зажигания для мотоциклов.

Описание конструкции и принцип действия

Тиристор состоит из трех частей: «Анод», «Катод» и «Вход», состоящий из трех p-n переходов, которые могут переключаться из положений «ВКЛ» и «ВЫКЛ» на очень высокой скорости. Но при этом, он также может быть переключен с позиции «ВКЛ» с различной продолжительности по времени, т. е. в течение нескольких полупериодов, чтобы доставить определенное количество энергии к нагрузке. Работа тиристора можно лучше объяснить, если предположить, что он будет состоять из двух транзисторов, связанных друг с другом, как пара комплементарных регенеративных переключателей.

Самые простые микросхемы демонстрируют два транзистора, которые совмещены таким образом, что ток коллектора после команды «Пуск» поступает на NPN транзистора TR 2 каналы непосредственно в PNP-транзистора TR 1. В это время ток с TR 1 поступает в каналы в основания TR 2 . Эти два взаимосвязанных транзистора располагаются так, что база-эмиттер получает ток от коллектора-эмиттера другого транзистора. Для этого нужно параллельное размещение.

Фото — Тиристор КУ221ИМ

Несмотря на все меры безопасности, тиристор может непроизвольно переходить из одного положения в другое. Это происходит из-за резкого скачка тока, перепада температур и прочих разных факторов. Поэтому перед тем, как купить тиристор КУ202Н, Т122 25, Т 160, Т 10 10, его нужно не только проверить тестером (прозвонить), но и ознакомиться с параметрами работы.

Типичные тиристорные ВАХ

Для начала обсуждения этой сложной темы, просмотрите схему ВАХ-характеристик тиристора:

1. Отрезок между 0 и (Vвo,IL) полностью соответствует прямому запиранию устройства;
2. В участке Vво осуществляется положение «ВКЛ» тиристора;
3. Отрезок между зонами (Vво, IL) и (Vн,Iн) – это переходное положение во включенном состоянии тиристора. Именно в этом участке происходит так называемый динисторный эффект;
4. В свою очередь точки (Vн,Iн) показывают на графике прямое открытие прибора;
5. Точки 0 и Vbr – это участок с запиранием тиристора;
6. После этого следует отрезок Vbr — он обозначает режим обратного пробоя.

Естественно, современные высокочастотные радиодетали в схеме могут влиять на вольт-амперные характеристики в незначительной форме (охладители, резисторы, реле). Также симметричные фототиристоры, стабилитроны SMD, оптотиристоры, триодные, оптронные, оптоэлектронные и прочие модули могут иметь другие ВАХ.

Фото — ВАХ тиристора

Кроме того, обращаем Ваше внимание, что в таком случае защита устройств осуществляется на входе нагрузки.

Проверка тиристора

Перед тем, как купить прибор, нужно знать, как проверить тиристор мультиметром. Подключить измерительный прибор можно только к так называемому тестеру. Схема, по которой можно собрать такое устройство, представлена ниже:

Фото — тестер тиристоров

Согласно описанию, к аноду необходимо подвести напряжение положительного характера, а к катоду – отрицательного. Очень важно использовать величину, которая соответствует разрешению тиристора. На чертеже показаны резисторы с номинальным напряжением от 9 до 12 вольт, это значит, что напряжение тестера немного больше, чем тиристора. После того, как Вы собрали прибор, можно начинать проверять выпрямитель. Нужно нажать на кнопку, которая подает импульсные сигналы для включения.

Проверка тиристора осуществляется очень просто, на управляющий электрод кнопкой кратковременно подается сигнал на открытие (положительный относительно катода). После этого если на тиристоре загорелись бегущие огни, то устройство считается нерабочим, но мощные приборы не всегда сразу реагируют после поступления нагрузки.

Фото — схема тестера для тиристоров

Помимо проверки прибора, также рекомендуется использовать специальные контроллеры или блок управления тиристорами и симисторами ОВЕН БУСТ или прочие марки, он работает примерно также, как и регулятор мощности на тиристоре. Главным отличием является более широкий спектр напряжений.

Видео: принцип работы тиристора

Технические характеристики

Рассмотрим технические параметры тиристора серии КУ 202е. В этой серии представляются отечественные маломощные устройства, основное применение которых ограничивается бытовыми приборами: его используют для работы электропечей, обогревателей и т.д.

На чертеже ниже представлена цоколевка и основные детали тиристора.

1. Установленное обратное напряжение в открытом состоянии (макс) 100 В
2. Напряжение в закрытом положении 100 В
3. Импульс в открытом положении — 30 А
4. Повторяющийся импульс в открытом положении 10 А
5. Среднее напряжение <=1,5 В
6. Неотпирающее напряжение >=0,2 В
7. Установленный ток в открытом положении <=4 мА
8. Ток обратный <=4 мА
9. Отпирающий ток постоянного типа <=200 мА
10. Установленное постоянное напряжение <=7 В
11. Время включения <=10 мкс
12. Время выключения <=100 мкс

Включение устройства осуществляется в течение микросекунд. Если Вам понадобится замена описанного прибора, то проконсультируйтесь с продавцом-консультантом электромагазина – он сможет подобрать аналог по схеме.

Фото — тиристор ку202н

Цена тиристора зависит от его марки и характеристик. Мы рекомендуем покупать отечественные приборы – они более долговечны и отличаются доступной стоимостью. На стихийных рынках можно купить качественный мощный преобразователь до сотни рублей.

Быстродействующий тиристорный выключатель постоянного тока

Принудительная коммутация (выключение) тиристоров яв­ляется основой работы полупроводниковых аппаратов постоян­ного тока и средством повышения быстродействия при отклю­чении аппаратов переменного тока. Существуют различные схемные решения, которые обеспечивают кратковременное сни­жение тока в цепи с тиристорами до нуля и их выключение. Но практическое применение в электрических аппаратах нашли только конденсаторные схемы принудительной коммутации, принцип действия которых рассмотрен на примере рис. 8.1, б. Надо отметить, что по структуре, определяющей соединение элемен­тов коммутирующего контура и подключение его к выключае­мым тиристорам, узлы принудительной коммутации в аппаратах переменного тока и в аппаратах постоянного тока имеют су­щественные отличия. Однако принцип их работы, задачи и ме­тоды расчета элементов контура являются общими, которые можно рассмотреть на примере простой схемы выключателя постоян­ного тока (рис. 8.2). По характеру протекающих процессов она практически не отличается от уже рассмотренной схемы на рис.8.1, б. Однако замена механического контакта дополни­тельным тиристором VS2 позволяет существенно улучшить коммутационные характеристики аппарата и делает его более чувствительным к управлению.

Из рис. 8.2 видно, что вспомогательный (коммутирующий) тиристор VS2 может быть включен либо от анодного напряже­ния (замыканием кнопки «Стоп»), либо напряжением, снимае­мым с измерительного резистора R_ш. В последнем случае напряжение на резисторе должно превысить значение, рав­ное U = U_у + U_VD + U_ст, где U_у – напряжение управления, доста­точное для надежного включения тиристора VS2;

U_VD – паде­ние напряжения на диоде VD2 и U_ст – напряжение стабилиза­ции (переключения) стабилитрона VD1.

В аварийных режимах работы, сопровождающихся много­кратным увеличением тока по отношению к номинальному, от­ключение цепи осуществляется автоматически при включении тиристора VS2. Регулированием сопротивления R_ш и подбором стабилитрона по параметру U_ст можно заранее задать значение тока перегрузки или тока короткого замыкания (КЗ), при кото­рых произойдет отключение выключателя.

Причем высокое бы­стродействие выключателя позволяет прервать ток КЗ задолго до того момента, когда он достигнет максимального значения.

В оперативном режиме включение и отключение номиналь­ных токов производятся замыканием управляющих цепей тиристоров VS1 и VS2 соответственно кнопками управления «Пуск» и «Стоп».

Ограничение тока в управляющих цепях тиристоров осуществляется резисторами R_у. Работа схемы в этом режиме при активной нагрузке поясняется временными диаграммами на рис. 8.3.

Для надежного выключения тиристора VS1 необходимо, чтобы схемное время t_с, показанное на графике изменения на­пряжения U_VS1 = f(t), было больше времени выключения тири­стора. В противном случае тиристор может вновь перейти в проводящее состояние под воздействием прямого напряжения, которое прикладывается к нему в процессе перезарядки конден­сатора.

Минимальную емкость конденсатора, обеспечивающую под­держание обратного напряжения на тиристоре VS1 в течение времени t_с, можно определить из анализа коммутационных процессов, происходящих непосредственно после включения ти­ристора VS2. Предполагая, что запирающая способность тири­стора VS1 в обратном направлении восстанавливается мгно­венно, уравнение разрядки кон­денсатора после включения тиристора VS2 запишем в виде

где U – напряжение источника питания; i – ток через последо­вательно соединенные R_н, С_к, VS2.

Со­отношение между емкостью конденсатора С_к и схемным вре­менем определяется следующим образом:

Учитывая, что взаимосвязь между сопротивлением R_н и то­ком в коммутируемой цепи I_k при напряжении источника U выражается формулой U=R_нI_k , последнее уравнение можно переписать так:

Надежное выключение тиристора VS1, обладающего време­нем выключения, равным t_q, будет при t_c ³ t_qk_q ,

где k_q = 1,5…2 – коэффициент, учитывающий измене- ние t_q при несовпадении тем­пературы pn-структуры, коммутируемого тока, обратного на­пряжения и скорости приложения прямого напряжения с клас­сификационными значениями. Следовательно, минимальная ем­кость коммутирующего конденсатора должна удовлетворять ус­ловию

Если нагрузка активно-индуктивная, то для обеспечения рас­сеяния энергии, запасенной в индуктивных элементах к мо­менту прерывания тока, она должна шунтироваться диодом, как это показано на рис. 8.2 штриховой линией. Расчет C_k в этом случае основывается на допущении, что ток нагрузки в тече­ние всего интервала коммутации остается неизменным. Конден­сатор C_k при этом будет разряжаться с постоянной скоростью. Минимальная емкость конденсатора должна быть

Если аппарат предназначен для отключения аварийных токов, собственная индуктивность элементов контура является недостаточной для ограничения до значений, выдерживае­мых низкочастотными тиристорами. В этом случае необходимо последовательно с коммутирующим тиристором включать до­полнительно реактор индуктивностью L_k (на рис. 8.2 это соот­ветствует переведению переключателя S в положение 2). Пара­метры элементов контура коммутации при шунтировании сило­вого тиристора VS1 обратно включенным диодом определяются выражениями

Отметим характерные для выключателей с емкостной коммута­цией тиристоров особенности.

1) При включении коммутирующего тиристора источник пи­тания и заряженный до напряжения источника конденсатор ока­зываются соединенными последовательно. Это вызывает скачко­образное увеличение тока в цепи до значения I_н=2U/R_н, что неблагоприятно сказывается на нагрузке, особенно при отклю­чении аварийных токов.

2) Интервал времени t = t₃ – t₁ (рис. 8.2), в течение которого конденса­тор C_k перезаряжается, определяет быстродействие выключа­теля при отключении и частоту коммутаций. При повторном включении тиристора VS1 конденсатор вновь должен перезаря­диться и тем самым обеспечить готовность к последующему от­ключению аппарата. Для сокращения времени перезарядки кон­денсатора необходимо уменьшать постоянную цепи зарядки t=R₁C_k. Так как емкость C_k обусловлена схемным временем t_с, это можно достичь уменьшением сопротивления резистора R₁.

3) Процесс отключения тока в цепи нагрузки заканчивается выключением тиристора VS2.

Для этого необходимо обеспечить ограничение тока резистором R₁ (после перезарядки конденса­тора C_k) до значений I£I_н тиристора. Ввиду того, что ток удер­жания мощных тиристоров составляет десятки или сотни милли­ампер, сопротивление резистора R₁ должно быть достаточно большим, что противоречит требова­нию предыдущего пункта.

Поэтому, чтобы не снизить частоту коммутаций выключа­теля, зарядка конденсатора C_k осуществляется обычно с по­мощью дополнительной зарядной цепи с малой постоянной вре­мени t от автономного источника питания.

4) Важной задачей при создании выключателей с емкостной коммутацией тиристоров является ограничение перенапряже­ний, возникающих на конденсаторе C_k.

Для ограничения уровня перенапряжений до приемлемых значений необходимо использовать различные дополнительные меры, например, применение двухконтурных или двух-ступенчатых коммутирую­щих узлов, с помощью которых реализуется снижение скорости спада тока в процессе его отключения и существенное умень­шение перенапряжений.

Рассмотрим в качестве примера один из способов снижения коммутационных перенапряжений в полупроводниковых аппаратах постоянного тока.

Перенапряжения в процессе отключения аппарата обуслов­лены, в основном, колеба-тельным характером перезарядки ком­мутирующего конденсатора. Уровень их зависит от параметров отключаемой цепи и динамических характеристик, используемых в сило-вой цепи СПП. Так как перенапряжения определяют тре­бования к изоляции защищаемого оборудования и изоляции са­мих аппаратов, влияют на габариты, стоимость и надежность работы систем электроснабжения в целом, необходимо стре­миться к их понижению.

В тиристорных аппаратах с емкостной коммутацией ограни­чение перенапряжений может быть достигнуто различными спо­собами. Наиболее простой из них заключается в подключении параллельно конденсатору на определенном этапе его переза­рядки линейного или нелинейного резистора. Сущность такого подхода заключается в демпфировании колебаний за счет уве­личения коэффициента их затухания. В выключателях постоян­ного тока использование линейных резисторов для шунтирования конденсаторов С_к связано с необходимостью введения в схему дополнительного коммутационного узла (обычно тиристорного), обеспечивающего прерывание тока в резисторе.

Один из возможных вариантов исполнения выключателей с двухступенчатой коммутацией тока представлен на рис. 8.4. Го­товность к отключению в схеме этого аппарата обеспечивается предварительной зарядкой конденсатора С_к от сети с указанной на рис. 8.4 полярностью. Для этого необходимо включить тиристоры VS2 и VS5, подав на них управляющие сигналы. Ток зарядки конден­сатора С_к протекает через элементы схемы LI, L2, R1, VS5, С_к, перемычку П, VS2, L3. По мере зарядки конденсатора ток в цепи тиристоров VS2, VS5 уменьшается и, когда он стано­вится меньше тока удержания, тиристоры самостоятельно вы­ключаются. При длительном номинальном режиме напряжение на конденсаторе С_к постепенно уменьшается из-за несовершен­ства собственной изоляции и вследствие утечки заряда через подключенные к конденсатору цепи с тиристорами. Для пред­отвращения значительного снижения напряжения система уп­равления должна обеспечивать периодическое включение тири­сторов VS2 и VS5. В результате на конденсаторе С_к будет ав­томатически поддерживаться постоянное напряжение, равное практически напряжению сети. Реакторы LI, L2, L3 в схеме необходимы для ограничения скорости нарастания тока при включении тиристоров и реализации колебательного режима переходных процессов.

При возникновении короткого замыкания и достижении то­ком значения уставки I_у системой управления включа­ются тиристоры VS3 и VS4. В результате выключается тиристор VS1. После изменения полярности напряжения на конденсаторе и повыше­ния его до заданного значения системой управления выда­ется сигнал на включение тиристора VS5. При этом парал­лельно конденсатору подключается резистор R1, способствую­щий ограничению дальнейшего повышения напряжения на конденсаторе. Начиная с этого момента напряжение на кон­денсаторе уменьшается вместе с уменьшением коммутируемого тока. Разрядка конденсатора осуществляется через тиристор VS3, а после его выключения – через диод VD1.

Второй этап коммутационных процессов начинается непосредственно после выключения тиристора VS3 и снижения тока до значения, опре­деляемого общим сопротивлением внешней цепи и резистора R1. В этот момент времени системой управления включается тиристор VS2, и ток начинает протекать по цепи R1, VS5, С_к, П, VS2 и VD2.

В результате напряжение на кон­денсаторе вновь изменяет полярность. По достижении им амплитудного значения противоположной полярности ток в нагрузке полностью преры­вается.

Так как полярность напряжения на конденсаторе после от­ключения соответствует исходному состоянию, выключатель го­тов к повторному срабатыванию. Причем в рассматриваемом случае, который соответствует индуктивному характеру на­грузки, напряжение на конденсаторе значительно превышает напряжение сети. При активной нагрузке напряжение на кон­денсаторе не достигает амплитудного значения, поэтому нет необходимо­сти включать тиристоры VS5 и VS2. В этом случае и после от­ключения тока остаточное напряжение на конденсаторе U_c<U. Для обеспечения готовности к работе конденсатор необходимо дозарядить.

К достоинствам принципиальных схем с двухступенчатой коммутацией тока следует отнести оптимальное использование конденсаторов, более высокие быстродействие и частоту вклю­чений. Однако это достигается значительным усложнением ком­мутирующего узла и системы управления, которая должна реа­гировать на многие параметры переходного процесса и обеспе­чивать определенную последовательность включения тиристоров.