Controlul rezistenței cuptorului. Biblioteca deschisă - o bibliotecă deschisă de informații educaționale. Tiristoarele cu electrod de control pot fi
În cuptoarele cu rezistență electrică, în marea majoritate a cazurilor este utilizat cea mai simpla forma controlul temperaturii - control pornit/oprit, în care elementul executiv al sistemului de comandă - contactorul - are doar două poziții extreme: „pornit” și „oprit”.
Când cuptorul este pornit, temperatura crește, deoarece puterea sa este întotdeauna selectată cu o rezervă, iar temperatura de echilibru corespunzătoare depășește semnificativ temperatura de funcționare. Când este oprit, temperatura cuptorului scade conform unei curbe exponențiale.
Pentru un caz ideal, atunci când nu există o întârziere dinamică în sistemul controler-cuptor, funcționarea unui controler cu două poziții este prezentată în Fig. 1, în care dependența temperaturii cuptorului de timp este dată în partea superioară, iar modificarea corespunzătoare a puterii sale în partea inferioară.
Orez. 1. Schema de funcționare idealizată a unui regulator de temperatură cu două poziții
Când cuptorul este încălzit la început, puterea acestuia va fi constantă și egală cu cea nominală, astfel încât temperatura sa va crește până la punctul 1, când atinge valoarea t setată + ∆ t1.În acest moment, regulatorul va funcționa, contactorul va opri cuptorul și puterea acestuia va scădea la zero. Ca urmare, temperatura cuptorului va începe să scadă de-a lungul curbei 1-2 până când se atinge limita inferioară a zonei moarte. În acest moment, cuptorul se va porni din nou, iar temperatura acestuia va începe să crească din nou.
Astfel, procesul de reglare a temperaturii cuptorului folosind principiul celor două poziții constă în modificarea acesteia de-a lungul unei curbe cu dinte de ferăstrău în jurul unei valori date în intervale +∆ t1, -∆t1 determinată de zona moartă a controlerului.
Puterea medie a cuptorului depinde de raportul dintre intervalele de timp dintre starea de pornire și starea oprită. Pe măsură ce cuptorul se încălzește și se încarcă, curba de încălzire a cuptorului va deveni mai abruptă, iar curba de răcire a cuptorului va deveni mai plată, astfel încât raportul perioadelor de ciclu va scădea și, în consecință, puterea medie Pav va scădea.
Cu controlul în două poziții, puterea medie a cuptorului este întotdeauna ajustată la puterea necesară pentru a menține o temperatură constantă. Zona moartă a termostatelor moderne poate fi făcută foarte mică și adusă la 0,1-0,2°C. Cu toate acestea, fluctuațiile reale ale temperaturii cuptorului pot fi de multe ori mai mari din cauza decalajului dinamic din sistemul regulator-cuptor.
Sursa principală a acestei întârzieri este inerția senzorului - termocuplu, mai ales dacă este echipat cu două capace de protecție, ceramică și metalică. Cu cât această întârziere este mai mare, cu atât fluctuațiile temperaturii încălzitorului depășesc zona moartă a controlerului. În plus, amplitudinile acestor oscilații depind foarte mult de puterea în exces a cuptorului. Cu cât puterea de comutare a cuptorului depășește puterea medie, cu atât sunt mai mari aceste fluctuații.
Sensibilitatea potențiometrelor automate moderne este foarte mare și poate satisface orice cerință. Inerția senzorului, dimpotrivă, este mare. Astfel, un termocuplu standard într-un vârf de porțelan cu capac de protecție are o întârziere de aproximativ 20-60 s. Prin urmare, în cazurile în care fluctuațiile de temperatură sunt inacceptabile, ca senzori se folosesc termoelementele neprotejate cu un capăt deschis. Acest lucru, însă, nu este întotdeauna posibil din cauza posibilelor deteriorări mecanice ale senzorului, precum și a curenților de scurgere care intră în dispozitive prin termocuplu, provocând funcționarea lor incorectă.
Este posibil să se obțină o reducere a rezervei de putere dacă aragazul nu este pornit și oprit, ci comutat de la un nivel de putere la altul, iar cel mai înalt nivel ar trebui să fie doar puțin mai mare decât puterea consumată de aragaz și cel mai scăzut - nu cu mult mai putin. În acest caz, curbele de încălzire ale cuptorului și răcirea acestuia vor fi foarte plate, iar temperatura aproape nu va depăși zona moartă a dispozitivului.
Pentru a efectua o astfel de comutare de la un nivel de putere la altul, este necesar să se poată regla puterea cuptorului fără probleme sau în trepte. O astfel de reglementare poate fi efectuată în următoarele moduri:
1) comutarea încălzitoarelor cuptorului, de exemplu, de la „triunghi” la „stea”. O astfel de reglementare foarte aspră este asociată cu o încălcare a uniformității temperaturii și este utilizată numai în dispozitivele de încălzire electrică de uz casnic,
2) conectare în serie cu un cuptor cu activ sau reactanță reglabil. Această metodă este asociată cu pierderi foarte mari de energie sau cu o scădere a factorului de putere al instalației,
3) alimentarea cu energie a cuptorului printr-un transformator de control sau autotransformator cu comutarea cuptorului la diferite niveluri de tensiune. Aici reglarea este, de asemenea, treptat și relativ aspră, deoarece tensiunea de alimentare este reglată, iar puterea cuptorului este proporțională cu pătratul acestei tensiuni. În plus, există pierderi suplimentare (în transformator) și o scădere a factorului de putere,
4) controlul fazei folosind dispozitive semiconductoare. În acest caz, cuptorul este alimentat prin tiristoare, al căror unghi de comutare este modificat de sistemul de control. În acest fel, este posibil să se obțină un control fără probleme a puterii cuptorului pe o gamă largă, aproape fără pierderi suplimentare, folosind metode de control continuu - proporțional, integral, proporțional-integral. În conformitate cu aceste metode, pentru fiecare moment de timp trebuie să existe o corespondență între puterea absorbită de cuptor și puterea eliberată în cuptor.
Cea mai eficientă dintre toate metodele de control al temperaturii în cuptoarele electrice este reglarea pulsului folosind regulatoare cu tiristoare.
Procesul de control prin impuls al puterii cuptorului este prezentat în Fig. 2. Frecvența de funcționare a tiristoarelor este selectată în funcție de inerția termică cuptor electric rezistenţă.
Orez. 2. Controler de temperatură puls tiristor cuptor cu rezistență electrică
Există trei metode principale de reglare a pulsului:
Reglarea impulsului la o frecvență de comutare - f к = 2f с (unde f с este frecvența curentului rețelei de alimentare) cu o modificare a momentului de deblocare a tiristorului se numește fază-impuls sau fază (curbele 1),
Reglarea impulsului cu frecvență de comutare crescută f to
Reglarea impulsurilor cu frecvența de comutare redusă de la f la f c (curbele 3).
1 Scopul lucrării
1.1 Familiarizați-vă cu structura unui cuptor cu rezistență electrică, încălzitoare electrice, modul de funcționare al cuptorului electric și circuitul de control electric.
2 Comanda de lucru
2.1 Notați datele tehnice (pașaport) ale cuptorului electric și electric instrumente de masura.
2.2 Familiarizați-vă cu structura unui cuptor cu rezistență electrică și cu scopul pieselor sale individuale.
2.3 Familiarizați-vă cu circuitul electric pentru controlul modurilor de funcționare ale unui cuptor cu rezistență electrică.
2.4 Colectați schema electrica pentru a efectua experimentul.
2.5 Efectuați un experiment pentru a determina indicatorii de performanță energetică ai unui cuptor cu rezistență electrică.
2.6 Întocmește un raport cu privire la munca depusă.
3 Descrierea configurației laboratorului
O instalație de laborator pentru familiarizarea cu structura, principiul de funcționare și scopul pieselor individuale ale unui cuptor cu rezistență electrică ar trebui să fie compusă dintr-un cuptor cu rezistență electrică. tip camera Modelul OKB-194A sau modelul N-15 cu încălzitoare cu nicrom destinate tratamentului termic al metalelor în producția individuală și la scară mică. În plus, trebuie să existe o materie primă pentru tratamentul termic; Pentru a face acest lucru, se recomandă pregătirea pieselor care necesită o astfel de prelucrare. Parametrii de bază ai condițiilor de temperatură trebuie cunoscuți.
Termocuplurile sunt instalate într-un cuptor electric pentru a controla temperatura. Instalația trebuie să aibă un dispozitiv de control automat al temperaturii și să aibă un set de instrumente de măsură și regulatoare de temperatură pentru încălzirea materialului sursă.
În camera în care se produc gemuri, ar trebui să fie atârnate postere cu imagini cu cuptoare electrice tipuri variateși proiecte, scheme de circuite electrice pentru controlul instalațiilor de încălzire cu rezistență electrică a cuptorului electric.
4 Scurte informații teoretice
Cuptoarele cu rezistență electrică, unde energia electrică este transformată în căldură prin corpuri lichide sau solide, au acțiune directă și indirectă. ÎN cuptoare directe acțiune, corpul încălzit este conectat direct la rețea (Fig. 1) și este încălzit de curentul care circulă prin acesta.
Figura 1 - Schema de schema a unei instalatii de incalzire directa a unei piese metalice: 1 – piesa incalzita; 2 - transformator
ÎN cuptoare indirecte acțiune, căldura este eliberată în elemente speciale de încălzire și transferată corpului încălzit prin radiație, conductivitate termică sau convecție. Cuptoarele cu rezistență și dispozitivele de încălzire directă sunt utilizate pentru încălzirea produselor cilindrice (tije, țevi) și încălzire indirectă pentru tratarea termică a produselor și materialelor, precum și pentru încălzirea pieselor de prelucrat pentru forjare și ștanțare.
Materia primă este încălzită în cuptoare cu rezistență electrică, de regulă, la o anumită temperatură (setată). După perioada de încălzire, există o perioadă de menținere necesară pentru a egaliza temperatura. Măsurarea temperaturii de încălzire și controlul progresului proces tehnologicîncălzirea poate fi efectuată vizual și automat folosind regulatoare automate folosind metoda cu două poziții (pornirea și oprirea periodică a cuptorului).
Figura 2 prezintă o schemă de circuit pentru controlul unui cuptor electric cu control în două poziții.
Figura 2 - Schema schematică a cuptorului cu control on-off
Schema prevede manual și control automat. Dacă comutatorul P pus în poziție 1 , atunci circuitul va fi configurat pentru control manual și poziția 2 comutatorul comută circuitul pe control automat. Pornirea și oprirea elementelor de încălzire NE produs de un termostat TP, ale căror contacte, în funcție de temperatura din cuptor, închid sau deschid circuitul bobinei contactorului L direct sau prin releu intermediar RP. Temperatura de încălzire poate fi reglată prin schimbarea puterii cuptorului - prin comutarea încălzitoarelor de la un triunghi la o stea (Fig. 3, a), în timp ce puterea cuptorului este redusă de trei ori, iar pentru cuptoarele monofazate prin trecerea de la un conectarea paralelă a încălzitoarelor la o serie (Fig. 3, b) .
Figura 3 - Circuit electric pentru comutarea încălzitoarelor cuptorului: a – de la triunghi la stea; b – de la paralel la serial
În cuptoarele cu rezistență electrică, materialele cu rezistivitate ridicată sunt folosite ca elemente de încălzire. Aceste materiale nu ar trebui să se oxideze, iar oxizii formați la suprafață nu ar trebui să spargă sau să revină cu fluctuațiile de temperatură.
Cuptoarele cu cameră sunt cele mai utilizate la încălzirea materiilor prime datorită versatilității lor; sunt realizate sub forma unei camere dreptunghiulare cu căptușeală refractară și izolație termică, acoperită cu un fund și închisă într-o carcasă metalică. Cuptoarele din seria H sunt realizate cu încălzitoare cu bandă sau sârmă amplasate pe rafturi ceramice. Cuptoarele de tip OKB-194 (Fig. 4 și Fig. 5) sunt realizate cu două camere, camera superioară este echipată cu încălzitoare de carborundum, iar camera inferioară cu nicrom.
Figura 4 - Cuptor electric camera tip OKB-194: 1 – mecanism pentru ridicarea usii camerei superioare; 2 – role ale ușii camerei inferioare; 3 – izolare termică; 4 – camera superioara; 5 – camera inferioară; 6 – placa de vatra
Datele tehnice (certificat) ale cuptorului electric, echipamentele de control și monitorizare și instrumentele electrice de măsură se înregistrează conform datelor tabelare ale echipamentului. În viitor, aceste informații ar trebui să fie reflectate în raportul de lucru. Datele tehnice ale echipamentului sunt parametrii lor nominali, prin urmare, în timpul funcționării, este necesar să se respecte valorile de curent, tensiune, putere și alte valori indicate în pașapoarte.
Când vă familiarizați cu un cuptor cu rezistență electrică, ar trebui să acordați atenție designului și aranjamentului elementelor de încălzire și amplasării acestora în cuptor. Se recomandă măsurarea rezistenței elementelor de încălzire cu ajutorul unui tester. Luați o schiță a dispozitivului de pornire, acordați atenție unității sale. Aflați ce condiții de temperatură trebuie respectate în timpul tratamentului termic al materiei prime (pieselor) în timpul experimentului. Determinați ce instrumente vor măsura temperatura de încălzire și unde vor fi instalate termocuplurile. Schema electrică a conexiunilor cuptorului electric și instrumentelor de măsură pentru efectuarea experimentului este prezentată în Fig. 5.
Elevii trebuie să selecteze instrumentele electrice de măsurare, echipamentele de control, să facă conexiunile necesare și, înainte de punerea în funcțiune a circuitului, să dea directorului de lecție pentru verificare.
Figura 5 - Schema electrică schematică a cuptorului tip OKB-194: a – schema electrică; b – schema de functionare a comutatorului universal SUS
După ce au verificat schema de conexiune electrică și au primit permisiunea și sarcinile de la conducătorul lecției pentru tratarea termică a materialului sursă, elevii plasează materialul sursă (piesele) în dispozitivul de încărcare și pornesc cuptorul. În timpul experimentului, este necesar să se observe cu atenție citirile instrumentelor electrice și de măsurare a căldurii (ampermetru, voltmetru, wattmetru, dispozitiv de termocuplu secundar) și să se înregistreze citirile acestora la intervale regulate. Datele din observații și calculele ulterioare trebuie introduse în Tabelul 1. Când temperatura limită este atinsă (conform specificației) și există un regulator, temperatura va fi reglată. Este necesar să se monitorizeze modul de funcționare a regulatorului și să se noteze momentul în care alimentarea cu energie este întreruptă. La sfârșitul experimentului, determinați consumul de energie electrică și factorul de putere al instalației.
Consum A energia electrică este determinată de citirea contorului, iar în cazul în care nu este în circuit, puteți utiliza valorile puterii R(în funcție de citirea wattmetrului) și durată t lucrări:
A = Pt.(1)
Factorul de putere de instalare:
cosφ = Р/( UI).(2)
Tabelul 1 - Date experimentale
Procesul-verbal de lucru se întocmește în forma specificată în Anexa 1. Raportul trebuie să conțină datele pașaportului mașinii, aparatelor și instrumentelor de măsură, să descrie pe scurt proiectarea cuptorului cu rezistență electrică, modul de tratament termic al materialului sursă. , furnizați o schiță a dispozitivului de încărcare, amplasarea elementelor electrice de încălzire, schema electrică a conexiunilor dispozitivelor și aparatelor care au fost utilizate în timpul experimentului. Înregistrați rezultatele observațiilor și calculelor. Descrieți metodele de reglementare conditii de temperaturaîn timpul tratamentului termic. Răspunde la întrebări de securitate.
Există 2 abordări fundamental diferite ale controlului puterii:
Control continuu, în care orice putere necesară poate fi introdusă în cuptor.
Controlul în trepte, în care doar o gamă discretă de puteri poate fi introdusă în cuptor.
Primul necesită o reglare lină a tensiunii pe încălzitoare. O astfel de reglare poate fi efectuată folosind orice tip de amplificatoare de putere (generator, redresor cu tiristoare, EMU). În practică, cele mai comune sunt tiristoarele surse de alimentare, construit conform schemei TRN. Astfel de regulatoare se bazează pe proprietățile unui tiristor conectat la circuit curent alternativîn serie cu rezistența activă a încălzitorului. Sursele de alimentare cu tiristoare conțin tiristoare conectate spate la spate, echipate cu SIFU.
Unghiul de control și, prin urmare, tensiunea efectivă pe sarcină, depinde de tensiunea externă aplicată sursei. Pentru a reduce efectul opririi tensiunii de alimentare asupra condițiilor termice ale cuptorului, sursele de alimentare cu tiristoare oferă de obicei feedback negativ asupra tensiunii de ieșire. Sursele de alimentare cu tiristoare au o eficiență ridicată (până la 98%). Factorul de putere depinde liniar de adâncimea reglării tensiunii de ieșire, la un unghi mai mic de 0 - la M = 1, la = 180 la M = 0. Factorul de putere este determinat nu numai de defazajul tensiunii și prima armonică a curentului, dar și prin valoarea armonicilor superioare ale curentului . Prin urmare, utilizarea condensatoarelor compensatoare nu permite nicio creștere semnificativă a M.
În a doua metodă, tensiunea de pe încălzitor este schimbată, făcând o comutare în circuitele de alimentare ale cuptorului. De obicei, există 2-3 trepte de tensiune posibilă și puterea încălzitorului. Cea mai comună metodă de control în două poziții. Conform acestei metode, cuptorul este fie conectat la rețea la puterea sa nominală, fie complet deconectat de la rețea. Valoarea necesară a puterii medii de intrare în cuptor este furnizată prin modificarea raportului dintre timpul stării de pornire și oprire.
Temperatura medie în cuptor corespunde puterii medii introduse în cuptor. Schimbările bruște ale puterii instantanee duc la fluctuații de temperatură în jurul nivelului mediu. Mărimea acestor oscilații este determinată de mărimea abaterilor lui P MGNOV de la valoarea medie și de mărimea inerției termice a cuptorului. În majoritatea cuptoarelor industriale generale, magnitudinea inerției termice este atât de mare încât fluctuațiile de temperatură datorate controlului în trepte nu depășesc precizia necesară pentru menținerea temperaturii. Din punct de vedere structural, controlul pornit-oprit poate fi asigurat fie printr-un contactor convențional, fie printr-un comutator cu tiristor. Comutatorul tiristor conține contra-paralel cu 
tiristoare conectate care funcționează cu=0.
Dacă contactul de curent scăzut S este deschis, circuitul de control VS1, VS2 este întrerupt, tiristoarele sunt închise și tensiunea pe sarcină este zero. Dacă S este închis, sunt create circuite pentru curgerea curenților de control. Catodul este pozitiv, anodul VS1 este negativ. În acest caz, curentul de control circulă prin catodul circuitului VS1 – VD1 – R – S – electrodul de control VS2 – catodul VS2. VS2 pornește și conduce curentul electric pe toată durata semiciclului. În următoarea jumătate de ciclu, VS1 este pornit în mod similar.
CU 
Există și întrerupătoare trifazate. Ele folosesc două blocuri de tiristoare spate în spate conectate în paralel. Circuitele de alimentare ale unor astfel de întrerupătoare sunt construite conform următoarei diagrame:
Există modificări ale comutatoarelor cu tiristoare care nu folosesc deloc contacte.
Comutatoarele cu tiristoare sunt mai fiabile decât contactoarele, sunt rezistente la scântei și explozii, funcționează silențios și puțin mai scumpe.
Controlul pasului are o eficiență apropiată de 1, la M 1.
V. Krylov
În prezent, tiristoarele sunt utilizate pe scară largă în diferite dispozitive automate de monitorizare, semnalizare și control. Un tiristor este o diodă semiconductoare controlată, care se caracterizează prin două stări stabile: deschisă, când rezistența directă a tiristorului este foarte mică, iar curentul din circuitul său depinde în principal de tensiunea sursei de alimentare și de rezistența de sarcină și închis, când rezistența sa directă este mare și curentul este de câțiva miliamperi.
În fig. Figura 1 prezintă o caracteristică tipică curent-tensiune a unui tiristor, unde secțiunea O A corespunde stării închise a tiristorului, iar secțiunea BB corespunde stării deschise.
La tensiuni negative, tiristorul se comportă ca o diodă obișnuită (secțiune OD).
Dacă creșteți tensiunea directă pe un tiristor închis cu curentul electrodului de control egal cu zero, atunci când se atinge valoarea Uon, tiristorul se va deschide. Această comutare a tirostorului se numește comutare de-a lungul anodului. Funcționarea unui tiristor în acest caz este similară cu funcționarea unei diode semiconductoare necontrolate cu patru straturi - un dinistor.
Prezența unui electrod de control permite tiristorului să se deschidă la o tensiune anodică mai mică decât Uon. Pentru a face acest lucru, este necesar să treceți curentul de control Iу prin circuitul electrod-catod de control. Caracteristica curent-tensiune a tiristorului pentru acest caz este prezentată în Fig. 1 linie punctată. Curentul minim de control necesar pentru deschiderea tiristorului se numește curent de redresare Irev. Curentul de redresare depinde foarte mult de temperatură. În cărțile de referință este indicat la o anumită tensiune anodică. Dacă în timpul funcționării curentului de control curentul anodului depășește valoarea curentului de deconectare Ioff, atunci tiristorul va rămâne deschis chiar și după terminarea curentului de control; dacă acest lucru nu se întâmplă, tiristorul se va închide din nou.
Dacă tensiunea la anodul tiristorului este negativă, nu este permisă aplicarea tensiunii electrodului său de control. De asemenea, este inacceptabilă o tensiune negativă (față de catod) la care curentul invers al electrodului de control depășește câțiva miliamperi.
Un tiristor deschis poate fi convertit în stare închisă, doar prin reducerea curentului său anodic la o valoare mai mică decât Ioff. În dispozitivele de curent continuu se folosesc circuite speciale de stingere în acest scop, iar într-un circuit de curent alternativ, tiristorul se închide independent în momentul în care valoarea curentului anodic trece prin zero.
Acesta este motivul pentru cea mai largă utilizare a tiristoarelor în circuitele de curent alternativ. Toate circuitele discutate mai jos se referă numai la tiristoare conectate la circuitul de curent alternativ.
Pentru a asigura funcționarea fiabilă a tiristorului, sursa de tensiune de control trebuie să îndeplinească anumite cerințe. În fig. 2 prezintă circuitul echivalent al sursei de tensiune de comandă, iar Fig. 3 - un grafic cu care puteți determina cerințele pentru linia sa de încărcare.
Pe grafic, liniile A și B limitează zona de răspândire a caracteristicilor curent-tensiune de intrare ale tiristorului, care reprezintă dependența tensiunii de pe electrodul de control Uу de curentul acestui electrod Iу cu circuitul anodic deschis. Direct B determină tensiunea minimă Uу la care orice tiristor de un anumit tip se deschide la o temperatură minimă. Direct Г determină curentul minim Iу suficient pentru a deschide orice tiristor de un anumit tip la o temperatură minimă. Fiecare tiristor specific se deschide la un anumit punct al caracteristicii sale de intrare. Zona umbrită este locația geometrică a unor astfel de puncte pentru toate tiristoarele de un anumit tip care satisfac specificatii tehnice. Liniile directe D și E determină valorile maxime admise ale tensiunii Uy și respectiv curentului Iy și curba K - valoarea maximă admisă a puterii disipate la electrodul de control. Linia de sarcină L a sursei de semnal de control este trasată prin punctele care determină tensiunea în circuit deschis a sursei Ey.xx și curentul ei de scurtcircuit Iу.кз = Eу.хх/Rinternal, unde Rinternal este rezistența internă a sursa. Punctul de intersecție S al dreptei de sarcină L cu caracteristica de intrare (curba M) a tiristorului selectat ar trebui să fie situat în zona situată între zona umbrită și liniile A, D, K, E și B.
Această zonă se numește zona de deschidere preferată. Linia dreaptă orizontală H determină cea mai mare tensiune la tranziția de control, la care nu se deschide un singur tiristor de acest tip la temperatura maximă admisă. Astfel, această valoare, zecimi de volt, determină amplitudinea maximă admisă a tensiunii de interferență în circuitul de control al tiristoarelor.
După deschiderea tiristorului, circuitul de control nu îi afectează starea, astfel încât tiristorul poate fi controlat prin impulsuri de scurtă durată (zeci sau sute de microsecunde), ceea ce simplifică circuitele de control și reduce puterea disipată la electrodul de control. Durata impulsului, totuși, trebuie să fie suficientă pentru a crește curentul anodului la o valoare care depășește curentul de oprire Ioff pentru diferite tipuri de sarcină și mod de funcționare a tiristorului.
Simplitatea comparativă a dispozitivelor de control la operarea tiristoarelor în circuite de curent alternativ a condus la utilizarea pe scară largă a acestor dispozitive ca elemente de control în dispozitivele de stabilizare și reglare a tensiunii. Valoarea medie a tensiunii de sarcină este reglată prin modificarea momentului de alimentare (adică a fazei) a semnalului de comandă în raport cu începutul semiciclului de tensiune de alimentare. Rata de repetiție a impulsurilor de control în astfel de circuite trebuie să fie sincronizată cu frecvența rețelei.
Există mai multe metode de control al tiristoarelor, dintre care trebuie remarcate amplitudinea, fază și impulsul de fază.
Metoda de control al amplitudinii constă în aplicarea unei tensiuni pozitive care variază ca valoare la electrodul de control al tiristorului. Tiristorul se deschide în momentul în care această tensiune devine suficientă pentru ca curentul de redresare să circule prin joncțiunea de comandă. Schimbând tensiunea pe electrodul de control, puteți modifica momentul de deschidere al tiristorului. Cea mai simplă schemă Un regulator de tensiune construit pe acest principiu este prezentat în Fig. 4.
O parte a tensiunii anodice a tiristorului, adică tensiunea semiciclului pozitiv al rețelei, este utilizată aici ca tensiune de control. Rezistorul R2 modifică momentul de deschidere al tiristorului D1 și, în consecință, tensiunea medie pe sarcină. Când rezistorul R2 este introdus complet, tensiunea pe sarcină este minimă. Dioda D2 protejează joncțiunea de control a tiristorului de tensiune inversă. Trebuie remarcat faptul că circuitul de control nu este conectat direct la rețea, ci în paralel cu tiristorul. Acest lucru se face astfel încât tiristorul deschis să oprească circuitul de control, prevenind disiparea inutilă a puterii asupra elementelor sale.
Principalele dezavantaje ale dispozitivului în cauză sunt dependența puternică a tensiunii de sarcină de temperatură și necesitatea selectării individuale a rezistențelor pentru fiecare instanță de tiristor. Primul se explică prin dependența de temperatură a curentului de redresare a tiristoarelor, al doilea prin răspândirea mare a caracteristicilor lor de intrare. În plus, dispozitivul este capabil să ajusteze momentul de deschidere al tiristorului numai în prima jumătate a semiciclului pozitiv al tensiunii rețelei.
Dispozitivul de control, a cărui diagramă este prezentată în Fig. 5, vă permite să extindeți domeniul de control la 180 °, iar includerea unui tiristor în diagonala punții redresoare vă permite să reglați tensiunea pe sarcină în timpul ambelor semicicluri ale tensiunii rețelei.
Condensatorul C1 este încărcat prin rezistențele R1 și R2 la o tensiune la care trece un curent egal cu curentul de redresare prin joncțiunea de control a tiristorului. În acest caz, tiristorul se deschide, trecând curent prin sarcină. Datorită prezenței unui condensator, tensiunea de sarcină este mai puțin dependentă de fluctuațiile de temperatură, dar, cu toate acestea, acest dispozitiv are și aceleași dezavantaje.
Cu metoda fază de control a tiristoarelor folosind o punte de defazare, faza tensiunii de control este schimbată în raport cu tensiunea de la anodul tiristorului. În fig. Figura 6 prezintă o diagramă a unui regulator de tensiune cu jumătate de undă, în care schimbarea tensiunii pe sarcină este efectuată de rezistorul R2, conectat la unul dintre brațele podului, din diagonala căreia este furnizată tensiunea către joncțiunea de control a tiristorului.
Tensiunea pe fiecare jumătate a înfășurării de control III ar trebui să fie de aproximativ 10 V. Parametrii rămași ai transformatorului sunt determinați de tensiune și puterea de sarcină. Principalul dezavantaj al metodei de control de fază este panta mică a tensiunii de control, motiv pentru care stabilitatea momentului de deschidere a tiristorului este scăzută.
Metoda fază-impuls de control a tiristoarelor diferă de cea anterioară prin aceea că, pentru a crește precizia și stabilitatea momentului de deschidere al tiristorului, electrodului său de control este aplicat un impuls de tensiune cu o margine abruptă. Această metodă este în prezent cea mai răspândită. Schemele care implementează această metodă sunt foarte diverse.
În fig. Figura 7 prezintă o diagramă a unuia dintre cele mai simple dispozitive care utilizează metoda fază-impuls de control al tiristorului.
Cu o tensiune pozitivă la anodul tiristorului D3, condensatorul C1 este încărcat prin dioda D1 și rezistența variabilă R1. Când tensiunea de pe condensator atinge tensiunea de pornire a dinistorului D2, se deschide și condensatorul este descărcat prin joncțiunea de control a tiristorului. Acest impuls de curent de descărcare deschide tiristorul D3 și curentul începe să curgă prin sarcină. Prin schimbarea curentului de încărcare a condensatorului cu rezistorul R1, puteți modifica momentul de deschidere al tiristorului în jumătatea ciclului de tensiune de rețea. Rezistorul R2 previne autodeschiderea tiristorului D3 din cauza curenților de scurgere la temperaturi ridicate. In functie de conditiile tehnice, atunci cand tiristoarele functioneaza in modul standby, instalarea acestui rezistor este obligatorie. Arată în Fig. 7, circuitul nu a găsit o aplicație largă din cauza răspândirii mari a tensiunii de pornire a dinistorului, ajungând până la 200% și a dependenței semnificative a tensiunii de pornire de temperatură.
Una dintre varietățile metodei fază-impuls de control a tiristoarelor este așa-numitul control vertical, care este în prezent cel mai răspândit. Constă în faptul că la intrarea generatorului de impulsuri se face o comparație (Fig. 8) a unei tensiuni constante (1) și a unei tensiuni cu mărime variabilă (2). În momentul egalității acestor tensiuni, se generează un impuls de control tiristor (3). Tensiunea variabilă poate avea o formă sinusoidală, triunghiulară sau dinți de ferăstrău (așa cum se arată în Fig. 8).
După cum se poate observa din figură, modificarea momentului de apariție a impulsului de control, adică schimbarea fazei acestuia, se poate face în trei moduri diferite:
modificarea ratei de creștere a tensiunii alternative (2a),
modificându-și nivelul inițial (2b) și
modificarea valorii tensiunii constante (1a).
În fig. 9 prezentat schema structurala un dispozitiv care implementează metoda verticală de control a tiristoarelor.
Ca orice alt dispozitiv de control al impulsurilor de fază, acesta constă dintr-un dispozitiv de defazare FSU și un generator de impulsuri GI. Dispozitivul de defazare, la rândul său, conține un dispozitiv de intrare VU care percepe tensiunea de control Uу, un generator de tensiune alternativă (în mărime) GPG și un dispozitiv de comparare SU. Ca aceste elemente pot fi utilizate o varietate de dispozitive.
În fig. 10 dat schema circuitului dispozitiv de control pentru un tiristor (D5) conectat în serie cu un redresor în punte (D1 - D4).
Dispozitivul constă dintr-un generator de tensiune din dinți de ferăstrău cu un comutator tranzistor (T1), un declanșator Schmitt (T2, T3) și un amplificator de comutare de ieșire (T4). Sub influența tensiunii îndepărtate din înfășurarea de sincronizare III a transformatorului Tr1, tranzistorul T1 este închis. În acest caz, condensatorul C1 este încărcat prin rezistențele R3 și R4. Tensiunea pe condensator crește de-a lungul unei curbe exponențiale, a cărei secțiune inițială, cu o anumită aproximare, poate fi considerată liniară (2, vezi Fig. 8).
În acest caz, tranzistorul T2 este închis și T3 este deschis. Curentul emițătorului tranzistorului T3 creează o cădere de tensiune pe rezistorul R6, care determină nivelul de funcționare al declanșatorului Schmitt (1 în Fig. 8). Suma tensiunilor la rezistorul R6 și la tranzistorul deschis T3 este mai mică decât tensiunea la dioda Zener D10, astfel încât tranzistorul T4 este închis. Când tensiunea la condensatorul C1 atinge nivelul de declanșare Schmitt, tranzistorul T2 se deschide și T3 se închide. În același timp, tranzistorul T4 se deschide și un impuls de tensiune apare pe rezistorul R10, deschizând tiristorul D5 (pulsul 3 în Fig. 8). La sfârșitul fiecărui semiciclu al tensiunii de rețea, tranzistorul T1 este deschis de curentul care trece prin rezistorul R2. În acest caz, condensatorul C1 este descărcat aproape la zero și dispozitivul de control revine la starea inițială. Tiristorul se închide în momentul în care amplitudinea curentului anodic trece prin zero. Odată cu începutul următoarei jumătate de ciclu, ciclul de funcționare al dispozitivului se repetă.
Schimbând rezistența rezistorului R3, puteți modifica curentul de încărcare al condensatorului C1, adică rata de creștere a tensiunii pe el și, prin urmare, în momentul în care apare pulsul care deschide tiristorul. Prin înlocuirea rezistenței R3 cu un tranzistor, puteți regla automat tensiunea pe sarcină. Astfel, acest dispozitiv folosește prima dintre metodele de mai sus de deplasare a fazei impulsurilor de control.
O ușoară modificare a circuitului prezentat în Fig. 11 vă permite să obțineți reglementare folosind a doua metodă. În acest caz, condensatorul C1 este încărcat printr-un rezistor constant R4 și rata de creștere a tensiunii din dinte de ferăstrău este aceeași în toate cazurile. Dar când tranzistorul T1 se deschide, condensatorul este descărcat nu la zero, ca în dispozitivul anterior, ci la tensiunea de control Uу.
În consecință, încărcarea condensatorului în ciclul următor va începe de la acest nivel. Prin schimbarea tensiunii Uу se reglează momentul de deschidere al tiristorului. Dioda D11 deconectează sursa de tensiune de control de la condensator în timpul încărcării acestuia.
Etapa de ieșire de pe tranzistorul T4 asigură câștigul de curent necesar. Folosind un transformator de impulsuri ca sarcină, mai multe tiristoare pot fi controlate simultan.
În dispozitivele de control luate în considerare, tensiunea este aplicată tranziției de control a tiristorului pentru o perioadă de timp din momentul egalității tensiunilor directe și dinți de ferăstrău până la sfârșitul semiciclului tensiunii rețelei, adică până la momentul descarcarii condensatorului C1. Durata impulsului de control poate fi redusă prin pornirea unui circuit de diferențiere la intrarea amplificatorului de curent, realizat pe tranzistorul T4 (vezi Fig. 10).
Una dintre variantele metodei verticale de control a tiristoarelor este metoda numărului de impulsuri. Particularitatea sa este că nu un impuls, ci un pachet de impulsuri scurte este aplicat electrodului de control al tiristorului. Durata exploziei este egală cu durata impulsului de control prezentat în Fig. 8.
Rata de repetare a impulsurilor într-o explozie este determinată de parametrii generatorului de impulsuri. Metoda de control al numărului de impulsuri asigură deschiderea fiabilă a tiristorului pentru orice tip de sarcină și face posibilă reducerea puterii disipate la tranziția de control a tiristorului. În plus, dacă la ieșirea dispozitivului este inclus un transformator de impulsuri, este posibil să se reducă dimensiunea acestuia și să se simplifice proiectarea.
În fig. Figura 12 prezintă o diagramă a unui dispozitiv de control utilizând metoda numărului de impulsuri.
Ca unitate de comparație și generator de impulsuri este utilizat aici un comparator echilibrat cu diodă regenerativă, constând dintr-un circuit de comparație pe diodele D10, D11 și generatorul de blocare însuși, asamblat pe tranzistorul T2. Diodele D10, D11 controlează funcționarea circuitului de feedback al generatorului de blocare.
Ca și în cazurile anterioare, când tranzistorul T1 este închis, condensatorul C1 începe să se încarce prin rezistorul R3. Dioda D11 este deschisă cu tensiunea Uу, iar dioda D10 este închisă. Astfel, circuitul de înfășurare cu reacție pozitivă IIa al generatorului de blocare este deschis, iar circuitul de înfășurare cu reacție negativă IIb este închis și tranzistorul T2 este închis. Când tensiunea de pe condensatorul C1 atinge tensiunea Uy, dioda D11 se va închide și D10 se va deschide. Circuitul de feedback pozitiv va fi închis, iar generatorul de blocare va începe să genereze impulsuri care vor fi trimise de la înfășurarea I a transformatorului Tr2 la tranziția de control a tiristorului. Generarea impulsurilor va continua până la sfârșitul semiciclului de tensiune de rețea, când tranzistorul T1 se deschide și condensatorul C1 este descărcat. Dioda D10 se va închide și D11 se va deschide, procesul de blocare se va opri, iar dispozitivul va reveni la starea inițială. Schimbând tensiunea de comandă Uу, puteți modifica momentul începerii generării față de începutul semiciclului și, în consecință, momentul deschiderii tiristorului. Astfel, în acest caz, se utilizează a treia metodă de deplasare a fazei impulsurilor de control.
Utilizarea unui circuit echilibrat al unității de comparație asigură stabilitatea temperaturii în funcționarea acestuia. Diodele de siliciu D10 și D11 cu curent invers scăzut vă permit să obțineți un nivel ridicat impedanta de intrare nod de comparație (aproximativ 1 Mohm). Prin urmare, practic nu are niciun efect asupra procesului de încărcare a condensatorului C1. Sensibilitatea unității este foarte mare și se ridică la câțiva milivolți. Rezistoarele R6, R8, R9 și condensatorul C3 determină stabilitatea temperaturii punctului de funcționare al tranzistorului T2. Rezistorul R7 servește la limitarea curentului de colector al acestui tranzistor și la îmbunătățirea formei impulsului oscilatorului de blocare. Dioda D13 limitează creșterea tensiunii pe înfășurarea colectorului III a transformatorului Tr2, care apare atunci când tranzistorul este oprit. Transformatorul de impulsuri Tr2 poate fi realizat pe un inel de ferită 1000NN de dimensiune standard K15X6X4.5. Înfășurările I și III conțin fiecare 75, iar înfășurările II a și II b conțin fiecare 50 de spire de sârmă PEV-2 0,1.
Dezavantajul acestui dispozitiv de control este că este relativ frecventa joasa frecvența de repetiție a pulsului (aproximativ 2 kHz cu o durată a pulsului de 15 μsec). Puteți crește frecvența, de exemplu, prin reducerea rezistenței rezistorului R4, prin care condensatorul C2 este descărcat, dar, în același timp, stabilitatea temperaturii sensibilității unității de comparare este oarecum deteriorată.
Metoda numărului de impulsuri de control a tiristoarelor poate fi utilizată și în dispozitivele discutate mai sus (Fig. 10 și 11), deoarece cu o anumită alegere a valorilor elementului (C1, R4-R10, vezi Fig. 10) declanșatorul Schmitt atunci când tensiunea condensatorului C1 depășește nivelul Când declanșatorul este declanșat, acesta generează nu un singur impuls, ci o secvență de impulsuri. Durata și frecvența lor sunt determinate de parametri și de modul de declanșare. Acest dispozitiv se numește „multivibrator cu un declanșator de descărcare”.
În concluzie, trebuie remarcat faptul că o simplificare semnificativă a circuitelor dispozitivelor de control a tiristoarelor, menținând în același timp indicatorii de înaltă calitate, poate fi realizată folosind tranzistori unijunction.
