Принципи управління тиристорами і сімісторами

Почнемо з найпростіших схем. У найпростішому випадку, для управління тиристором досить короткочасно подати постійний струм певної величини на його керуючий електрод. Схематично механізм подачі цього струму можна показати, зобразивши ключ, який замикається і подає харчування, подібно вихідного каскаду мікросхеми або транзистору.

Це простий на вигляд спосіб, проте потужність сигналу потрібно тут чимала. Так, в нормальних умовах для сімістора КУ208 цей струм повинен становити мінімум 160 мА, а для триністора КУ201 – бути не менше 70 мА. Таким чином, для напруги 12 вольт і при середньому струмі, скажімо, в 115 мА, потужність управління вже складе 1,4 Вт.

Вимоги до полярності керуючого сигналу такі: тріністору потрібно позитивне щодо катода напруга, що управляє, а сімісторов (симетричного тиристору) – таке ж по полярності, як в поточний момент на аноді, або негативне для кожного з напівперіодів.

Керуючий електрод сімістора НЕ шунтируют, тринистора – шунтируют резистором на 51 Ом. Сучасні тиристори вимагають все менше керуючого струму, і дуже часто можна зустріти схеми, де струм управління тріністорамі знижений до приблизно 24 мА, а у сімісторів – до 50 мА.

Може трапитися так, що шалене зниження струму в ланцюзі управління позначиться на надійності роботи приладу, тому тиристори розробникам часом доводиться підбирати індивідуально для кожної схеми. В іншому випадку, для відкриття тиристора малим струмом, напруга на його аноді має буде бути в цей момент велике, що призведе до шкідливого кидка струму і до перешкод.

Недолік управління за описаною вище найпростішою схемою – у наявності: присутня постійна гальванічна зв’язок ланцюга управління з силовим ланцюгом. Сімістори в деяких схемах допускають приєднання одного з висновків ланцюга управління – до нульового проводу. Тріністори ж допускають таке рішення лише з додаванням до ланцюга навантаження діодного моста.

В результаті потужність, що подається на навантаження, знижується дворазово, оскільки напруга до навантаження подається лише в один з періодів мережевий синусоїди. На практиці маємо те, що схеми з керуванням тиристорами постійним струмом без гальванічної розв’язки вузлів майже не використовуються, за винятком випадків, де управління з якоїсь вагомої причини необхідно реалізувати саме так.

Поширена рішення для управління тиристором – коли на керуючий електрод напруга подається прямо з анода через резистор шляхом замикання ключа на кілька мікросекунд. Ключем тут може виступати високовольтний біполярний транзистор, маленьке реле або фотосімістор.

Такий підхід прийнятний при відносно високій напрузі на аноді, він зручний і простий, навіть якщо навантаження містить реактивну складову. Але є і недолік: неоднозначні вимоги до струмообмежувальні резистори, який повинен бути за номіналом невеликим, щоб включення тиристора відбувалося ближче до початку напівперіоду синусоїди, однак при першому включенні не при нульовій напрузі мережі (за відсутності синхронізації), на нього може прийти і 310 вольт , але ж ток через ключ і через керуючий електрод тиристора не повинен перевищити максимально допустимих для них величин.

Сам тиристор відкриється ні напрузі Uоткр = Iоткр * Rогр. В результаті виникнуть перешкоди, а напруга на навантаженні трохи зменшиться. Розрахунковий опір резистора Rогр зменшують на величину опору ланцюга навантаження (включаючи індуктивну її складову), яка виявляється з’єднана послідовно з резистором в момент включення.

Але у випадку з нагрівальними приладами в розрахунок приймають той факт, що в холодному стані їх опір десятикратно менше ніж в робочому розігрітому. До речі, в силу того, що у сімісторов ток включення по позитивної і негативної напівхвилі може трохи відрізнятися, на навантаженні може з’явитися невелика постійна складова.

Час включення триністорів зазвичай становить не більше 10 мкс, тому для економічного управління потужністю навантаження можна подавати послідовність імпульсів з шпаруватістю 5, 10 або 20 для частот 20, 10 і 5 кГц відповідно. Потужність буде зменшуватися в від 5 до 20 разів.

Недолік такий: тиристор може включитися і не на початку напівперіоду. Це загрожує кидками струму і перешкодами. І ще, навіть якщо включення відбувається точно перед початком наростання напруги від нуля, в цей момент струм керуючого електрода може не досягти ще величини утримання, тоді тиристор вимикається відразу після закінчення імпульсу.

У підсумку, тиристор буде спочатку включатися і вимикатися на короткі проміжки часу, поки нарешті струм не прийме синусоїдальну форму. Для навантажень з індуктивної складової ток може не досягти величини утримання, що накладає обмеження знизу на тривалість імпульсів, і витрати потужності особливо не знизяться.

Розв’язку керуючої схеми від мережі забезпечує так званий імпульсний запуск, який можна легко зробити вдавшись до установки маленького розв’язує трансформатора на ферритовом колечку діаметром менше 2 см. Важливо, що напруга ізоляції такого трансформатора має бути високим, а не просто як в будь-якому імпульсному трансформаторі промислового виробництва .

Щоб дійсно істотно знизити необхідну на управління потужність, доведеться вдатися до більш точному управління. Струм керуючого електрода необхідно вимикати саме в момент включення тиристора. Коли ключ замикається, тиристор включається, а коли тиристор почав проводити струм, мікросхема припиняє подачу струму через керуючий електрод.

Такий підхід дійсно економить енергію на управління тиристором. Якщо в момент замикання ключа напруга на аноді ще не достатня, тиристор НЕ буде відкритий мікросхемою (напруга повинна стати трохи більше половини напруги живлення мікросхеми). Напруга включення регулюється підбором резисторів подільника.

Для управління подібним чином сімістором, необхідно відстежувати і полярність, тому в схему додається блок з пари транзисторів і трьох резисторів, що фіксує момент проходження напруги через нуль. Більш складні схеми знаходяться за рамками цієї статті.

Посилання на основну публікацію