Параметры цепи управления силовых тиристоров. Способы формирования управляющих сигналов.

Для отпирания тиристора постоянным током величина управляющего сигнала определяется по диаграмме управления, рис.1, Кривая 1 соответствует входной ВАХ прибора с максимальным сопротивлением цепи управления, 2 – с минимальным. Сверху и справа ограничена значениями при определенной температуре окружающей среды.

 

При импульсном управлении длительность отпирающего импульса связана с его амплитудой графической зависимостью, вид которой показан на рис. 2. На рис.2. приведены кривые значений D Р _уmax при относительной длительности импульса управления 10, 25, 50 и 100 %.Допустимая мощность рассеяния управляющего электрода при импульсном управлении определяется из выражения: ,где Т – период напряжения силовой цепи, мкс; t _у – длительность импульса управления, мкс. При выборе длительности импульса управления необходимо стремиться к возможно более коротким мощным импульсам с крутым фронтом. При этом сокращается время переключения тиристора и мощность коммутационных потерь. Нижний предел мощности определяется граничными значениями тока управления. Верхний предел мощности ограничивается допустимой температурой нагрева четырехслойной структуры. Используются импульсы самой разнообразной формы: прямоугольной, треугольной, трапецеидальной и др.

Формировать управляющий сигнал для тиристора можно как от напряжения силовой цепи, так и с применением дополнительного источника питания рис1. При замыкании ключа K в цепи управления протекает ток, мгновенное значение которого равно ,где r _д– прямое сопротивление диода VD; r _{у т} - сопротивление цепи управления тиристора; R _б - балластное сопротивление, ограничивающее ток управления.

Рис1. Способ формирования импульсов управления из напряжения силовой цепи

Сигнал управления в данной схеме длительный, перекрывающий положительный полупериод напряжения или большую его часть. В роли ключа К может быть контактный или бесконтактный элемент.

Уменьшить мощность, выделяющуюся в цепи управления тиристора, позволяет способ формирования отпирающего сигнала из анодного напряжения тиристора.

напряжение в цепи управления равно напряжению на тиристоре VS. В момент включения тиристора напряжение управления равно напряжению питающей сети U _у =e(t) без учета прямого тока утечки тиристора. После включения тиристора напряжение управления падает до величины прямого падения напряжения на открытом тиристоре. Таким образом, тиристор включается коротким импульсом, длительность которого определяется временем включения t _вкл тиристора при определенной величине тока управления i _{у min}. Если ключ К был замкнут к началу очередной положительной полуволны e, то длительность импульса тока управления или угол включения a определяется как:

где i _{у min} – минимальное значение импульса тока управления, обеспечивающего включение тиристора.

Короткий управляющий импульс уменьшает мощность потерь в цепи управляющего электрода. данный способ включения надежен, так как управляющий сигнал не исчезает до момента включения тиристора.

Описанные способы формирования сигналов управления тиристоров с использованием напряжения силовой цепи отличаются простотой схемных решений, не требующих дополнительного источника питания для управляющей цепи. Недостатком данного способа является электрическая связь силовой цепи со схемой управления тиристором.

Этот недостаток устраняется при использовании фотоэлектрических преобразователей. Вариант схемы с тиристорным оптроном.

Вторым способом формирования сигналов управления тиристором является использование специального источника управляющих сигналов. Этот способ, при схемной реализации, может быть разделен на несколько вариантов.

Сигнал управления может быть сформирован в виде длительного сигнала постоянного тока.

Достоинством данного способа является простота и более широкие возможности подбора элементов цепи управления тиристором. Недостаток – электрическая связь силовой цепи с цепью управления тиристором.

Устранить основной недостаток предыдущей схемы можно, если формировать управляющий сигнал в виде короткого импульса или серии высокочастотных импульсов. В этом случае источник импульсных сигналов связывается с управляющим входом тиристора через импульсный трансформатор (ИТ).

Удобным схемным решением для связи источника управляющих сигналов с управляемым вентилем является использование тиристорных оптронов.