7. Включение триодных тиристоров переменным током. Фазовое управление

Управление тринисторами в цепях переменного тока имеет ряд осо­бенностей. Основное условие, которое необходимо выполнять при любом сно-собе управления приборами, состоит в том, что отпирающие сигналы должны подаваться на управляющий электрод только в те моменты, когда напряжение на аноде положительное относительно катода, т. е. управляющие сигналы долж­ны быть синхронизированы с частотой сети переменного тока. Кроме того, на­пряжение на управляющем электроде никогда не должно становиться отрица­тельным по отношению к катоду, если такой режим не разрешен для выбран­ного типа прибора. В устройствах, где есть вероятность возникновения отрица­тельного напряжения на управляющем электроде тринистора, для ограничения этого напряжения следует использовать последовательно или параллельно включенные диоды.

Рис. 11. Отпирание тринисторов в цепях переменного тока и способы фазового управления:

а — схема с регулированием угла задержки до 90; б — графики, иллюстрирующие принцип регулирования; в — схема с фазосдвигающей RС-цепью

На рис. 11,а показан простой способ получения управляющего сигнала, при котором, как и на постоянном токе (рис. 9,а), используется напряжение источ­ника анодного питания. Управляющий электрод тринистора через постоянный резистор RI и переменный R₂ подсоединен к аноду, и таким образом обеспечивается нужная полярность напряжений на аноде и на управляющем электро­де относительно катода. Действительно, когда на аноде действует положитель­ная полуволна напряжения источника питания u=U_msinwt, то потенциал уп­равляющего электрода относительно катода также положителен. При закорочен­ном резисторе R₂ тринистор отпирается в течение каждого положительного по­лупериода напряжения на аноде в момент, когда мгновенное значение анодного напряжения «_Пр достигает значения, при котором будет выполняться условие

Если сопротивление резистора Ri сравнительно невелико, то прибор включается в самом начале положительного полупериода анодного напряжения и остается открытым до конца этого полупериода. При открытом приборе напряжение на его аноде падает до значения U₀c, напряжение источника питания оказывается приложенным к нагрузке, управляющий ток резко уменьшается и становится равным Iy = U_oc/Ri (рис. 11,б).

Диод VDi защищает цепь управляющего электрода тринистора от обратно­го напряжения при отрицательных полупериодах напряжения на аноде. Мак­симально допустимое обратное напряжение этого диода должно превышать, амплитудное значение напряжения источника питания U_m.

Если во время положительного полупериода напряжения на аноде в ин­тервале 0... 180° изменять момент включения тринистора, то ток через прибор и нагрузку будет протекать только в течение какой-то определенной части по­лупериода (рис. 11,6). Так, при небольшой задержке прибор может быть от­крыт в начале положительного полупериода напряжения, при больших задерж­ках — в любой точке полупериода и, наконец, — в самом его конце. Тем самым можно регулировать средний за период ток, проходящий в нагрузке, от макси­мального значения почти до нуля. Такой способ управления получил название-фазового регулирования (или фазового управления), посколь­ку при этом изменяется сдвиг фазы между началом положительного полуперпо-да анодного напряжения и началом протекания прямого тока (рис. 11,6). Обыч­но фазовый сдвиг ф, называемый углом отпирания или углом за­держки, выражается в градусах или радианах. В реальных устройствах зна­чение ф может регулироваться примерно от 5 до 170°.

Простейшая схема устройства, позволяющего производить фазовое управ­ление тринистором, приведена на рис. 11,а. Здесь изменение угла отпирания осу­ществляется переменным резистором R₂. Сопротивление резистора R₁ должно обеспечивать включение тринистора в самом начале полупериода (резистор R?., закорочен) и может быть рассчитано по формуле

(12)

где U_т — амплитуда напряжения источника питания.

Если резистор Ri рассчитан по формуле (12), то при R₂ = Q тринистор отпи­рается с углом задержки ф=5°. При включении резистора R₂ и последующем увеличении его сопротивления тринистор будет открываться при больших зна­чениях анодного напряжения, т. е. с большими углами задержки ф, пока, нако­нец, при некотором значении сопротивления R₂ прибор не откроется в тот мо-

мент, когда анодное напряжение станет равным амплитудному значению напря­жения источника. Управляющий ток в этот момент

I_у = U_m/(R₁ + R₂)>I_у._от

и угол задержки ф станет равным 90°. Очевидно, что большего угла задержки в цепи, показанной на рис. 11,а, получить невозможно. Поэтому такое устрой­ство позволяет изменять угол задержки примерно от 5 до 90° и обеспечивает возможность регулировки среднего тока в нагрузке в пределах 100... 50% мак­симального значения.

Более широкие пределы регулирования можно получать, если на управляю­щий электрод подавать напряжение, сдвинутое по фазе относительно анодного напряжения. Пример простой схемы с фазосдвигающей ЯС-цепью показан на рис. 11,в. Напряжение на управляющий электрод тринистора VSi подается с конденсатора С₁ через диод VD₁. При отрицательном полупериоде анодного на­пряжения конденсатор С₁ через диод VD₂, резистор R_{ и сопротивление нагруз­ки R_н заряжается до напряжения U_m (полярность этого напряжения показана на схеме в скобках). Во время положительного полупериода конденсатор C₁ че­рез резисторы Ri, Rz и сопротивление нагрузки перезаряжается от напряжения — U_т до некоторого положительного напряжения Uc₁ (полярность которого на рис. 11,0 показана без скобок), достаточного для открывания тринистора. Вре­мя перезаряда конденсатора определяется постоянной времени (R₁+R₂)C₁. Из­меняя постоянную времени (с помощью переменного резистора R₂), можно в широких пределах регулировать момент включения тринистора относительно начала положительного полупериода анодного напряжения, т. е. менять угол задержки ф. Пределы изменения угла задержки могут быть примерно 5 ... 170°, что позволяет регулировать средний ток в нагрузке от максимального значения почти до нуля.

В рассмотренных схемах (рис. 11,а, в) используется так называемый ампли­тудно-фазовый способ управления. При таком способе на управляющий элект­род тринистора поступает напряжение, которое относительно медленно достига­ет уровня, необходимого для включения прибора. Амплитудно-фазовый способ управления характеризуется невысокой стабильностью момента включения три­нистора (угла отпирания), так как этот момент зависит от минимального зна­чения отпирающего тока I_у._{0т min}, который, в свою очередь, заметно изменяется при колебаниях температуры и смене тринистора.

Значительно лучшую стабильность угла отпирания имеет импульсно-фазо-вый способ управления, при котором включение тринистора осуществляется им­пульсами, задержанными относительно начала положительного полупериода напряжения на аноде. Для формирования управляющих импульсов использует­ся комбинация из фазосдвигающей RС-цепи и ключевого прибора (динистора, стабилитрона и др.). Некоторые схемы такого типа описаны в следующих гла­вах.