Формирование сигналов управления тиристорами

В силовых схемах (рис. 1) используется «естественная» коммутация тиристоров. Для отпирания тиристора необходимо подать сигнал управления на его управляющий электрод при рабочей полярности питающего напряжения на тиристоре: «+» на аноде и «-» – на катоде тиристора. Причем, сигнал управления должен иметь длительность достаточную для того, чтобы прямой ток через тиристор достиг тока удержания тиристора по его вольт-амперной характеристике, примерный вид которой представлен на рис. 2.

Рис. 2. Вольт-амперная характеристика тиристора

Запирание тиристора обеспечивается уменьшением изменяющегося синусоидально прямого тока через тиристор практически до 0 к концу рабочего полупериода питающего напряжения. При этом ток тиристора автоматически становится меньше I_удерж и тиристор запирается («естественная» коммутация тиристоров). Интервал времени между снятием напряжения управления и моментом запирания тиристоров определяет время выключения тиристорного пускателя. Это время может достигать 1/2 периода питающего напряжения, т.е. 0,01с при f_сети = 50 Гц.

Устойчивое включенное состояние тиристорных пускателей переменного тока обеспечивается за счет периодического поступления на управляющие электроды тиристоров управляющих импульсов. При встречно-параллельном соединении силовых тиристоров в силовой схеме, общее число формируемых системой управления управляющих импульсов должно быть равно числу тиристоров, т.е. N. Причем N/2 из этих управляющих импульсов вырабатываются со сдвигом на угол πпо отношению к другим. В тиристорных пускателях – аналогах магнитного пускателя, где тиристоры выполняют только функцию коммутирования цепей без регулирования мощности потребляемой нагрузкой, начало импульсов управления должны быть синхронизировано с моментами перехода тока нагрузки через нулевые значения, что достигается синхронизацией момента формирования управляющих импульсов с моментами перехода через нулевые значения фазных напряжений (рис. 3). Для подачи этих импульсов непосредственно на управляющие электроды тиристоров используют импульсные трансформаторы (рис. 4).

Рис. 3. Характеристика «напряжение-время», «ток-время»

Рис. 4. Схема с импульсным трансформатором

Возможен и более простой способ формирования сигналов управления на тиристоры (рис. 5).

Рис. 5. Формирование сигнала управления на тиристоры

Здесь на управляющих электродах тиристоров постоянно присутствует модулированное высокочастотное напряжение. Соответствующий тиристор будет открываться, когда к нему будет прикладываться рабочее питающее напряжение, т.е. он будет открываться с началом соответствующего рабочего полупериода.

Напряжение управления с соответствующей частотой (до 5кГц) формируется генератором напряжения управления и опять же через трансформатор подается на управляющие электроды тиристоров (рис. 4)

Напряжение управления может формироваться и из анодных напряжений соответствующих тиристоров.

Рассмотрим в качестве примера однофазную схему, которая представлена на рис. 6.

Рис. 6. Однофазная схема тиристорного пускателя

Здесь VS1 и VS2 – рабочие тиристоры. Диоды VD1 и VD2, резистор R1 и контакт реле К1 образуют систему управления. Временные диаграммы, поясняющие работу схемы, приведены на рис. 7.

В момент t₀, когда потенциал точки «a» становится выше потенциала точки «b», открывается диод VD1 и замыкается цепь управления тиристорами VS1, содержащая еще кроме диода и резистор. Ток в этой цепи в момент времени t₁ отпирает тиристор VS1. Включенный тиристор шунтирует цепь управления, так как его сопротивление значительно ниже сопротивления резистора R1.

Рис. 7. Временные диаграммы

В результате ток в цепи управления после включения тиристора практически прекращается. Аналогично в момент времени t₂, когда потенциал точки «b» становится выше потенциала точки «a», открывается диод VD2 и замыкается цепь управления тиристора VS2.

Таким образом, токи управления тиристоров iy₁ и iy₂ имеют форму импульсов, которые подаются синхронно с анодным напряжением.

Для прекращения работы схемы прерывается подача импульсов управления (контакт К1 размыкается) и тиристоры закрываются («естественная» коммутация).

Эта схема используется и для трехфазного тиристорного пускателя (коммутационные элементы схемы управления используются в каждой фазе по аналогии).

Достоинство рассмотренной схемы управления – простота. Однако существует недостаток: ток управления нарастает по гармоническому закону с частотой напряжения сети. Поэтому крутизна переднего фронта импульса управления невысока, что приводит к увеличению времени включения тиристоров, а значит, возрастают в нем потери.