Теоретическая часть. Включение обычного тиристора осуществляется подачей импульса тока в цепь управления

Включение обычного тиристора осуществляется подачей импульса тока в цепь управления. На рис. 3 показаны временные диаграммы тока и напря­жения тиристора при его включении. Время включения состоит из времени задержки t_gd и времени нарастания тока тиристора i_A(t). Время задержки определяется от момента времени t = t₀ подачи импульса тока управления i_G до начала спада напряжения анод – катод тиристора u_AC(t) на 10% начального значения. Нарастание тока тирис­тора i_A(t) заканчивается в момент времени t=t₂, когда напряжение u_ac(t) спадет до 10% начального значения, а ток i_A(t) достигнет 90% установившегося значения. На длительность переходного процесса значительное влияние оказывают характер нагрузки (активный, индуктивный и пр.), амплитуда и ско­рость нарастания импульса тока управления i_G, температура, напряжение и ток нагрузки. В цепи, содержащей тиристор, не должно возникать недо­пустимых значений скорости нарастания прямого напряжения du_AC(t)/dt, при которых может проис­ходить несанкционированное включение тиристо­ра при отсутствии сигнала управления и скорости нарастания тока di_A/dt, которые указываются в пас­портных данных конкретных типов тиристоров.

Рис. 3. Диаграммы процессов включения тиристора

На рис. 4 представлены вре­менные диаграммы выключения тиристора под воз­действием обратного напряжения u_ACR(t) и последу­ющим приложением прямого напряжения u_ACF(t). В начале, прямой ток снижается с определенной параметрами коммутируемой цепи со скоростью di_A/dt до нуля. Затем идет процесс обратного вос­становления в течение времени t_RR, когда протекает обратный ток восстановления i_RR, Далее происходит рекомбинация избыточных носителей в течение времени t_s. Время выключения t_q=t_RR+t_s. По истечении этого времени тиристор вновь способен выдерживать в закрытом состоянии прямое напря­жение, нарастающее со скоростью du_F/dt, не пре­вышающее допустимое значение. На время выклю­чения t_q влияют температура, напряжение, ско­рости спада прямого тока и нарастания прямого напряжения и др.

Рис. 4. Диаграммы процессов выключения тиристора

Среди способов выключения тиристоров при­нято различать естественное выключение (или естественную коммутацию) и принудительное (принудительную или искусственную коммутацию). Естественная коммутация происходит под воздей­ствием переменного, обычно сетевого напряжения в момент спадания тока до нуля. Естественная коммутация широко используется в регуляторах переменного напряжения и выпрямителях. Спосо­бы принудительной коммутации весьма разнооб­разны. Наиболее характерные из них следующие: подключение предварительно заряженного конден­сатора, подключение ZC-цепи с предва­рительно заряженным конденсатором и использование колебательного характера пере­ходного процесса в цепи нагрузки [4]. Высокое быстродействие, которым обладают полупроводниковые коммутирующие устройства, является одним из важнейших преимуществ последних перед контактными аппаратами. В работе предполагается исследовать динамические характеристики тиристорного контактора постоянного тока с емкостной искусственной коммутацией тока.

Принципиальная схема установки для исследования динамических характеристик тиристорного контактора постоянного тока приведена на рис.1. Питание установки осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В через понижающий трансформатор Т и двухполупериодный выпрямитель В. Емкость конденсатора, заряжаемого от выпрямителя, составляет 5*10³ мкФ. Этого достаточно для получения кратковременных (150-200 мкс) импульсов тока в нагрузке величиной до 100 А без заметного понижения напряжения на конденсаторе за время заряда. Для включения контактора достаточно подать небольшой сигнал на управляющий электрод тиристора VS1. Тиристор отпирается, и напряжение подводится к нагрузке. Одновременно происходит заряд конденсатора С_к через сопротивление R₁. После запуска тиристора VS2 конденсатор разряжается на тиристор VS1 и обеспечивает его выключение. После перезарядки конденсатора запирается и тиристор VS2 – контактор выключен. Тиристор VS1 выбирают в соответствии с максимальным током нагрузки. Тиристор VS2 работает кратковременно, поэтому он может быть выбран с меньшим предельным током с учетом допустимой перегрузочной способности его в кратковременных режимах работы. Минимальная величина коммутирующей емкости С_к определяется при активной нагрузке по формуле

мкф,

где t_в – время запирания тиристора; I - максимальный ток нагрузки (включая различные перегрузки) в момент коммутации; U – минимальное значение напряжения питания. Сопротивления R₁ должно быть достаточно большим, что бы обеспечить запирание тиристора VS2 после перезаряда конденсатора.

Рис.5 Принципиальная схема установки

Режим работы контактора и схемы в целом задается блоком управления и синхронизации БУС. На переднюю панель БУС выведены штепсельные гнезда для съема сигналов управления тиристорами контактора VS1, VS2 и осциллограф ЭО.

Положение переключателя П, установленного у гнезд с маркировкой ЭО, определяет синхронизацию запуска генератора развертки лучей осциллографа с процессом включения контактора (положение 1) или с процессом его выключения (положение 2). Следует иметь в виду, что для удобства наблюдения начальных участков исследуемых процессов импульсы напряжения для запуска развертки БУС выдает с упреждением на 4-5 мкс управляющие импульсы, которые подаются на входы тиристоров VS1 или VS2. Поэтому при изменении коммутационных интервалов времени начало процесса должно фиксироваться вспомогательными импульсами, синхронными с сигналом управления для тиристоров. Такие импульсы вырабатываются схемой БУС и подаются на гнезда с маркировкой ИС. Автоматическое срабатывание схемы (включение и выключение контактора) начинается после установки тумблера «сеть» в положение «включено».