Мощный управляемый выпрямитель на тиристорах

Пока на управляющий электрод не подан положительный сигнал определенной амплитуды со схемы запуска, тиристор не пропускает ток в прямом направленип. Через некоторый произвольный угол задержки а между напряжениями на управляющем электроде и катоде прикладывается положительный запускающий сигнал, вызывающий протекание тока через тиристор и соответственно через нагрузку. При перемене полярности напряжения на аноде тиристора последний закрывается независимо от величины управляющего напряжения, при этом аналогично рассмотренному ранее начинает работать другое плечо схемы. Регулируя угол задержки включения а по отношению к приложенному напряжению, можно изменять соотношение фаз начала протекания тока и приложенного напряжения и регулировать величину среднего значения выпрямленного тока (напряжения) нагрузки от максимума (а = 0) до нуля (а = Пи).

Угол задержки включения тиристоров Д1 и Д4 изменяется потенциометром R1. Диоды Д3 защищают цени управления (запуска) от отрицательного напряжения в то время, когда напряжение на анодах тиристоров отрицательное. Для получения широких пределов регулировки а (0 — Пи) применены RC — цепи. В выпрямителе (рис.2) тиристор и схема запуска работают как в положительный, так и в отрицательный полупериоды, время разряда конденсаторов сокращается, что приводит к уменьшению диапазона изменения угла а и, соответственно, к уменьшению пределов регулирования напряжения на нагрузке. Для устранения этого явления включен диод Д3.

Тиристоры для выпрямителя (рис. 1) желательно выбирать с близким значением сопротивления участка управляющий электрод — катод. Если не удается подобрать одинаковые тиристоры, то схему можно симметрировать с помощью дополнительного сопротивления. Для этого включают эквивалент нагрузки и изменением величины сопротивления потенциометра R1 устанавливают максимальный ток. Поочередно отключая цепи управления тиристоров, измеряют ток каждого плеча выпрямителя. Переменное сопротивление величиной 10 ком. подключается параллельно управляющему электроду к катоду того тиристора, через который течет больший ток. Изменяя величину этого сопротивления, добиваются одинаковых показаний тока.

Учитывая разброс параметров тиристоров, необходимо скорректировать сопротивления резисторов R1 и R2. Вначале R1 берется несколько больше рассчитанного, а R2 определяется как остаточное сопротивление потенциометра R1 при условии, что его изменение не приводит к увеличению тока нагрузки. Максимальная величина R1 ограничивается сопротивлением, при котором ток нагрузки равен нулю.

Конструктивно тиристоры необходимо размещать на радиаторах с площадью 50 кв.см (рис. 1), 250 кв.см — (рис. 2). Во всех вариантах использован трансформатор, собранный на обычном сердечнике УШ35х55. Для намотки взят провод марки ПЭВ. Первичная обмотка содержит 550 витков, диаметр провода 0,55 мм. Данные вторичных обмоток: для варианта на рис.1 — число витков 2х60 проводом ПЭЛ диаметром 1,35 мм.; для варианта на рис.2 — число витков 2х64 проводом ПЭЛ диаметром 1,35 мм.

И. СЕРЯКОВ Ю. РУЧКИН Радио №2, 1971

Источник: shems.h1.ru

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.

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.

Фото — ку 202

Установленное обратное напряжение в открытом состоянии (макс) 100 В
Напряжение в закрытом положении 100 В
Импульс в открытом положении — 30 А
Повторяющийся импульс в открытом положении 10 А
Среднее напряжение =0,2 В
Установленный ток в открытом положении

Фото — тиристор ку202н
Читайте также: С2Н2 ацетилен. Свойства ацетилена. Получение ацетилена.

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.

Трехфазный тиристорный выпрямитель напряжения: примеры практического применения

Трехфазный тиристорный выпрямитель предназначен для преобразования трехфазного переменного напряжения сети в постоянное регулируемое. Рассмотрим примеры практического применения управляемого тиристорного преобразователя.

Трехфазный тиристорный выпрямитель тока предназначен для преобразования трехфазного переменного напряжения сети в постоянное регулируемое. Выпрямитель является одним из наиболее распространенным и классическим изделием силовой электроники. Предлагаем читателю ознакомиться с его внутренним устройством и вариантами применения.

Общая структура типовой выпрямительной системы представлена на рисунке 1:

Рисунок 1. Трехфазный тиристорный выпрямитель тока (напряжения)

Трехфазное переменное напряжение подается на первичную обмотку сетевого трансформатора TV через сетевой дроссель L. Напряжение со вторичной обмотки поступает на управляемый тиристорный выпрямитель VS, собранный по мостовой схеме Ларионова. Выходное напряжение выпрямителя содержит гармоники и фильтрации, для подавления которых предназначен Г-образный идуктивно-емкостной фильтр Ф. В ряде случаев требуется заземление минусового провода (провод PE).

Рассмотрим практические примеры применения этого устройства.

Пример 1. Распределение мощности по трем фазам при питании однофазной нагрузки

Довольно часто встречается случай, когда нагревательный элемент электрической печи выполнен однофазным. При большом количестве таких печей на предприятии и питании их однофазным напряжением возникают сильные перекосы фаз, что неблагоприятно сказывается на других потребителях и снижает пропускную способность электрической сети. Одним из решений может стать применение выпрямителя — при питании нагрузки через управляемый выпрямитель мощность равномерно распределяется по всем трем фазам:

Рисунок 2. Питание однофазной нагрузки от трехфазного выпрямителя

Пример 2. Источник питания постоянного тока

Выпрямитель напряжения может использоваться как регулируемый мощный источник питания постоянного тока. Такой источник может использоваться для различных применений: питания гальванических ванн, зарядки аккумуляторных батарей (тиристорное зарядное устройство), питания приборов и автоматики подстанций оперативным током (шкаф оперативного тока ШОТ). В случае необходимости реализации системы питания постоянного тока с защитным заземлением необходима гальваническая развязка через трансформатор.

Рисунок 3. Источник питания постоянного тока

Пример 3. Управление двигателем постоянного тока

Классическое применение трехфазного выпрямителя — регулирование частоты вращения двигателя постоянного тока (ДПТ):

Рисунок 4. Регулятор скорости двигателя постоянного тока

Для этого необходимо два выпрямителя: один питает обмотку возбуждения, второй обмотку якоря. В настоящее время электропривод постоянного тока интенсивно вытесняется частотно регулируемым приводом (ЧРП) переменного тока; однако по ряду причин и в настоящее время двигателя постоянного тока широко применяются в промышленности и на транспорте.

Рисунок 5. Трехфазный тиристорный управляемый выпрямитель переменного тока ТВН

Российским производителем регулируемых выпрямителей является , которая серийно и под заказ производит трехфазный тиристорный выпрямитель напряжения ТВН. Изделия фирмы отличаются широким набором сервисных функций, наличием комплекса защит, стабильностью, разумными массо-габаритными показателями. Цена тиристорного выпрямителя держится на уровне, доступном для большинства потенциальных заказчиков. При производстве применяются современные материалы и комплектующие, например, тиристорные модули Semikron – ведущего мирового производителя силовых полупроводниковых приборов. Вся продукция проходит тщательный контроль на всех этапах.

Основные технические данные:

номинальный выходной ток 40, 80, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630 А;
выходное напряжение – регулируемое или стабилизированное (согласно заказу);
система управления – микропроцессорная;
режимы стабилизации выходного напряжение и тока;
защиты от короткого замыкания, перегрузки, перегрева, потери или «слипания» фаз;
индикация данных на жидкокристаллическом дисплее;
программирование параметров с кнопочной панели управления;
широкий выбор управляющих сигналов;
степень защищенности IP41 с возможностью усиления до IP54;
по заказу дополнительное комплектование сглаживающим дросселем, сетевым фильтром, сглаживающими конденсаторами, платой аналогового вывода.

По материалам

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:

Фото — характеристика тиристора ВАХ

Отрезок между 0 и (Vвo,IL) полностью соответствует прямому запиранию устройства;
В участке Vво осуществляется положение «ВКЛ» тиристора;
Отрезок между зонами (Vво, IL) и (Vн,Iн) – это переходное положение во включенном состоянии тиристора. Именно в этом участке происходит так называемый динисторный эффект;
В свою очередь точки (Vн,Iн) показывают на графике прямое открытие прибора;
Точки 0 и Vbr – это участок с запиранием тиристора;
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.