Тиристорные управляемые пускатели (тиристорные источники питания)

Принцип регулирования тока нагрузки основан на том, что последовательно с ней включаются твердотельные реле или тиристорные контакторы, которые обладают функцией изменять свою проводимость в пределах каждой полуволны напряжения переменного тока за счет системы импульсно-фазового управления (СИФУ) или за счет изменения величины временных интервалов включения-отключения электрической цепи – принцип широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Рис. 9. Осциллограммы тока и напряжения в одной фазе СИФУ: а) α =φ, к нагрузке поступает максимальное напряжение – напряжение сети; б) α >φ, величина заштрихованной площади под осциллограммой напряжения на нагрузке равна действующему (среднеквадратичному) значению напряжения, увеличение αприводит к уменьшению действующего напряжения на нагрузке; в) i у – импульсы тока управления.

СИФУ - система импульсно-фазового управления, которая обеспечивает подачу управляющего сигнала на управляющие электроды тиристоров с некоторым сдвигом относительно угла естественной коммутации электрической цепи с частотой для каждого тиристора, равной частоте периода переменного тока.

Если в каждый из полупериодов на управляющие электроды тиристоров VS1 и VS2 подаются положительные импульсы с углом управления a = j (j ‑ сдвига фаз между током и напряжением), то работа схемы будет аналогична неуправляемому тиристорному контактору. VS1, VS2 будут пропускать полную полуволну тока, и в нагрузке будет выделяться максимальная мощность. Если же от СИФУ будут приходить импульсы с углом a>j, то тиристоры будут открываться с некоторой задержкой и проводить неполный полупериод (в нагрузку будет подаваться действующее напряжение U меньшей величины, чем при a = j), и мощность нагрузки будет уменьшаться. Например, для активной нагрузки: P = U ²/ R _н.

 

Принцип работысистемы импульсно-фазового управления тиристорами в однофазной сети (рис.10,11)

1. Сетевое напряжение выпрямляется мостом VD 1 -VD 4. Получаем напряжение в точке 1 (U 1).

Данное напряжение поступает на параметрический стабилизатор (сопротивление R ₁, стабилитрон VD 5).

2. Получаем напряжение U 2.

Этим напряжением U 2 питается собственно СИФУ, состоящая из сопротивлений R 2, R 3 и конденсатора С, однопереходного транзистора VT и импульсного трансформатора Т3.

Так как напряжение с удвоенной частотой сети достигает нуля, то работа СИФУ начинается каждый раз синхронизировано с сетью.

Исходное состояние: VT закрыт, ток в цепи: R 3, VT, первичная обмотка трансформатора Т не протекает. Ток в цепи R 2, эмиттер VT, первичная обмотка трансформатора Т также отсутствует. При заряде конденсатора по цепи т.1 – R 1 – R 2 – C – т.5 напряжение точки 3 (U 3)достигает такого значения, что VT пробивается и становится проводящим; конденсатор и источник разряжаются на первичную обмотку импульсного трансформатора. На вторичной обмотке возникает импульс напряжения (U 4), под действием которого в цепи управления тиристора будет протекать импульс тока, который откроет тиристор для протекания тока по основным выводам (от анода к катоду).Осциллограммы напряжений на элементах системы импульсно-фазового управления тиристорами приведены на рис.11.

 

Рис. 10. Электрическая схема подключения машины контактной сварки посредством тиристорного контактора и схема системы импульсно-фазового управления тиристорами

 

Во вторичных обмотках (на выводах а, б и в, г) импульсного трансформатора (Т 3) индуцируются напряжения, под действием которых протекают импульсные токи в цепи управления силовых тиристоров. Открывается тот тиристор, для которого соблюдается первое условие для обеспечения проводимости (j_А > j_К).

При увеличении сопротивления R ₂ конденсатор будет заряжаться и достигнет напряжения пробоя за больший промежуток времени. Это приведёт к сдвигу импульсов тока в цепи управления силовых тиристоров.

Если a = j, то пропускается вся полуволна тока.

Если a > j, то пропускается меньшее значение тока.

 

Рис. 11. Осциллограммы напряжений на элементах системы импульсно-фазового управления тиристорами:a1 > a2

 

В данной схеме a регулируется за счёт изменения постоянной времени заряда путем изменения величины R ₂. Общий принцип изменения тока нагрузки за счет изменения угла открывания тиристоров получил название импульсно-фазовое регулирование.