Короткі теоретичні відомості

Тиристор є керованим напівпровідниковим діодом, якому властиві два стійких стани: відкрите, коли прямий опір тиристора дуже малий і струм у його колі залежить від напруги джерела живлення й опору навантаження, і закриті, коли його прямий опір великий і струм складає одиниці міліамперів. При зворотних напругах тиристор поводитися як звичайний діод.

Наявність керуючого електрода дозволяє відкривати тиристор. Для цього необхідно по колу керуючий електрод-катод пропустити струм керування I_к. Мінімальний струм керування, необхідний для відкриття тиристора, називається струмом випрямлення.

Тиристорний регулятор напруги (ТРН) – пристрій призначений для перетворення змінного струму й напруги одного рівня в змінний струм і напругу іншого рівня без зміни частоти.

Два зустрічно-паралельно включених тиристори дозволяють комутирувати однофазну мережу змінного струму й реґулювати величину струму й напруги на навантаженні.

Таблиця 4.1 – Основні параметри тиристорів

Символ	Symbol [unit]	Параметр	Parameter
[В]	VDRM [V]	Найбільше значення зворотньої напруги. Вентиль варто вибрати за цим параметром з урахуванням можливих перенапруг	Repetitive peak off-state voltages
[А]	IT(RMS) [А]	Номінальне значення анодного струму (за період)	RMS on-state current
[А]		Максимально припустиме значення імпульсного струму за 0,02 сек., що становить
		Термічна стійкість елемента	for fusing
[Вт]	PG(AV) [W]	Потужність керування	Average gate power
[В]	VT [V]	Пряме падіння напруги	On-state voltage
[мА]	IGT [А]	Керуючий струм тиристора необхідний для відмикання	Gate trigger current
[В]	VT [V]	Напруга керування тиристора	Gate trigger voltage
[А]	[mА]	Утримуючий струм тиристора, нижче якого тиристор защіпається при	Holding current
[А]	[mА]	Струм витоку у закритому стані	Off-state leakage current
[мс]		Час включення	Gate controlled turn-on time
[мс]		Час відновлення керованості після запирання
[ом]		Тепловий опір вентиля в стаціонарному режимі	Thermal resistance junction to ambient
[А/c]	[А/µs]	Максимально припустима швидкість зміни анодного струму	Repetitive rate of rise of on-state current
[В/c]	[V/µs]	Максимально припустима швидкість зміни анодної напруги при замкненому стані	Critical rate of rise of on-state voltage

Рисунок 4.1 – Схеми тиристорних реґуляторів напруги

Якщо навантаженням є активний опір, то струм повторює за формою напругу й припиняється при зміні знака напруги на аноді (рис 4.2 а). Якщо навантаження носить активно-індуктивний характер, то форма струму в колі навантаження не повторює форму напруги, оскільки виникає ЕРС самоіндукції, що перешкоджає наростанню й спаданню струму. Тому струм протікає через вентиль деякий час після зміни знака напруги живлення (рис 4.2 б).

Кут  називається кутом реґулювання, a λ – кутом провідності, φ – кутом навантаження.

Рисунок 4.2 – Характеристика зміни напруги й струму тиристорного реґулятора напруги: а) при активному навантаженні, б) при активно-індуктивному навантаженні

Імпульсні способи реґулювання можна розділити на:

1. реґулювання зі зміною кута відмикання або запирання тиристорів, реґулювання зі зрушенням за основною гармонікою;

2. реґулювання без порушення симетрії кривої;

3. широтноімпульсне реґулювання;

4. комбіновані способи реґулювання.

До основних переважелів ТРН слід віднести низьку вартість тиристорів (порівняно йз транзисторами), простоту і надійність реґуляторів і схем керування. Основними недоліками тиристорних реґуляторів є використання одноопераційних вентилів і пов'язаний із цим низький коефіціент потужності й наявність вищіх гармонік вихідної напруги. Причому коефіцієнт потужності зменшується із збільшенням глибини реґулювання напруги.

Для керування роботою тиристорів використовуються різні схеми, що забезпечують відкривання тиристора у визначений момент часу.

Після відкривання тиристора коло керування не впливає на його стан, тому керування тиристором може здійснюватися імпульсами невеликої тривалості (сотні мікросекунд), що дозволяє спростити схеми керування й знизити потужність на керуючому електроді.

Існує кілька методів керування тиристорами: амплітудний, фазовий, фазо-імпульсний тощо.

Одним з видів фазо-імпульсного методу є так зване вертикальне керування. Воно полягає в тому, що на вході генератора імпульсів здійснюється порівняння (рис. 4.3) постійної напруги (1) і пилкоподібної напруги (2), період якої дорівнює напівперіоду мережі живлення. У момент рівності цих напруг генерується імпульс (3) керування тиристором. Змінна за величиною напруга може мати синусоїдальну, трикутну чи пилкоподібну (рис 4.3) форму. Зміна моменту виникнення керуючого імпульсу, тобто зрушення його фази, може здійснюватися трьома різними способами: зміною швидкості наростання змінної напруги, зміною його початкового рівня й зміною величини постійної напруги (1а).

Рисунок 4.3 – Часові діаграмами роботи СІФК

Структурна схема системи вертикального керування наведена на рис. 4.4. Вона включає блок синхронізації (БС) який керує генератором пилкоподібної напруги (ГПН), і запускає його в момент появи на тиристорі прямої напруги, системою порівняння (СП), який порівнює величину напруги керування Uкер. і пилкоподібної напруги з виходу ГПН. У момент рівності цих напруг формувач імпульсів (ФІ) генерує імпульс напруги керування, який підсилюється в блоці вихідного підсилювача (БВП) і через гальванічний розв'язок поступає на керуючий електрод тиристора.

Рисунок 4.4 – Структурна схема системи вертикального керування