Управління піччю опору. Open Library – відкрита бібліотека навчальної інформації. Тиристори з керуючим електродом можуть бути

В електричних печах опору в переважній більшості випадків застосовується найпростіший виглядрегулювання температури - двопозиційне регулювання, при якому виконавчий елемент системи регулювання - контактор має лише два крайні положення: «включено» та «вимкнено».

У включеному стані температура печі зростає, оскільки її потужність завжди вибирається із запасом, і відповідна їй температура значно перевищує її робочу температуру. У вимкненому стані температура печі знижується експоненційною кривою.

Для ідеалізованого випадку, коли в системі регулятор - піч відсутнє динамічне запізнення, робота двопозиційного регулятора показана на рис. 1, на якому у верхній частині дана залежність температури печі від часу, а в нижній - відповідна зміна її потужності.

Рис. 1. Ідеалізована схема роботи двопозиційного регулятора температури

При розігріванні печі спочатку її потужність буде постійною та рівною номінальною, тому її температура зростатиме до точки 1, коли вона досягне значення t зад + ∆ t1.В цей момент регулятор спрацює, контактор відключить піч і його потужність впаде до нуля. Внаслідок цього температура печі почне зменшуватись по кривій 1-2 доти, доки не буде досягнуто нижню межу зони нечутливості. У цей момент відбудеться нове ввімкнення печі, і її температура знову почне збільшуватися.

Таким чином, процес регулювання температури печі за двопозиційним принципом полягає у її зміні за пилкоподібною кривою біля заданого значення в межах інтервалів +∆ t1, -∆t1що визначаються зоною нечутливості регулятора.

Середня потужність печі залежить від співвідношення інтервалів часу її включеного та вимкненого стану. У міру прогріву печі і завантаження крива нагріву печі йтиме крутіше, а крива остигання печі - легше, тому відношення періодів циклу буде зменшуватися, а отже, падатиме і середня потужність Рср.

При двопозиційному регулюванні середня потужність печі весь час приводиться у відповідність до потужності, необхідної для підтримки постійної температури. Зона нечутливості сучасних терморегуляторів може бути зроблена малою і доведена до 0,1-0,2°С. Однак дійсні коливання температури печі можуть бути у багато разів більшими через динамічне запізнення в системі регулятор - піч.

Основним джерелом цього запізнення є інерція датчика - термопари, особливо якщо вона забезпечена двома чохлами захисними, керамічним і металевим. Чим більше запізнення, тим більше коливання температури нагрівача перевищують зону нечутливості регулятора. Крім того, амплітуди цих коливань дуже залежать від надлишку потужності печі. Чим більша потужність включення печі перевищує середню потужність, тим більші ці коливання.

Чутливість сучасних автоматичних потенціометрів є дуже високою і може задовольнити будь-які вимоги. Інерція датчика, навпаки, велика. Так, стандартна термопара у фарфоровому наконечнику із захисним чохлом має запізнення близько 20-60 с. Тому в тих випадках, коли коливання температури неприпустимі, як датчики застосовують незахищені термоелементи з відкритим кінцем. Це, однак, не завжди можливе через можливі механічні пошкодження датчика, а також попадання в прилади через термоелемент струмів витоку, що викликають неправильну їх роботу.

Можна досягти зменшення запасу потужності, якщо піч не включати і вимикати, а перемикати з одного ступеня потужності на іншу, причому вищий ступінь повинен бути лише не набагато більше споживаної піччю потужності, а нижча - ненабагато менше. У цьому випадку криві нагріву печі та її охолодження будуть дуже пологими і температура майже не виходитиме за межі зони нечутливості приладу.

Для того щоб здійснити таке перемикання з одного ступеня потужності на інший, необхідно мати можливість плавно або ступенями регулювати потужність печі. Таке регулювання може бути здійснено такими способами:

1) перемикання нагрівачів печі, наприклад, із «трикутника» на «зірку». Таке досить грубе регулювання пов'язане з порушенням рівномірності температури і застосовується лише в побутових електронагрівальних приладах,

2) включення послідовно з піччю регульованого активного чи реактивного опору. Цей спосіб пов'язаний з дуже великими втратами енергії або зниженням коефіцієнта потужності установки,

3) живлення печі через регулювальний трансформатор або автотрансформатор з перемиканням печі на різні ступені напруги. Тут регулювання також ступінчасте і порівняно грубе, так як регулюється напруга живлення, а потужність печі пропорційна квадрату цієї напруги. Крім того, мають місце додаткові втрати (у трансформаторі) та зниження коефіцієнта потужності,

4) фазове регулювання за допомогою напівпровідникових пристроїв. В цьому випадку живлення печі здійснюється через тиристори, кут включення яких змінюється системою керування. Таким шляхом можна отримати плавне регулювання потужності печі в широких межах майже без додаткових втрат, використовуючи безперервні методи регулювання пропорційний, інтегральний, пропорційно-інтегральний. Відповідно до цих методів для кожного моменту часу повинна виконуватися відповідність поглинається піччю потужності та потужності, що виділяється в печі.

Найефектніший зі всіх способів регулювання температурного режиму в електричних печах - імпульсне регулювання з використанням тиристорних регуляторів.

p align="justify"> Процес імпульсного регулювання потужності печі представлений на рис. 2. Періодичність роботи тиристорів обирають залежно від теплової інерційності електричної печіопору.

Рис. 2. Тиристорний імпульсний регулятор температури електричної печі опору

Виділяють три основні способи імпульсного регулювання:

Імпульсне регулювання при частоті комутації - f до = 2f с (де f с - частота струму мережі живлення) зі зміною моменту відмикання тиристора називається фазоімпульсним або фазовим (криві 1),

Імпульсне регулювання з підвищеною частотою комутації f до

Імпульсне регулювання зі зниженою частотою комутації f до f (криві 3).

1 Мета роботи

1.1 Ознайомитись з пристроєм електричної печі опору, електричними нагрівачами, режимом роботи електропечі та електричною схемою керування.

2 Порядок виконання роботи

2.1 Записати технічні (паспортні) дані електричної печі та електро вимірювальних приладів.

2.2 Ознайомитись із пристроєм електричної печі опору та призначенням окремих її частин.

2.3 Ознайомитись з електричною схемою керування режимами роботи електричної печі опору.

2.4 Зібрати електричну схемущодо досвіду.

2.5 Провести досвід визначення енергетичних показників роботи електричної печі опору.

2.6 Скласти звіт про виконану роботу.

3 Опис лабораторної установки

Лабораторна установка для ознайомлення з пристроєм, принципом дії та призначенням окремих частин електричної печі опору має складатися з електричної печі опору камерного типумоделі ОКБ-194А або моделі Н-15 з ніхромовими нагрівачами, призначеними для термічної обробки металів при індивідуальному та дрібносерійному виробництвах. Крім того, має бути вихідний матеріал для термічної обробки; для цього рекомендується заготовити деталі, що потребують такої обробки. Повинні відомі основні параметри температурних режимів.

У електричну піч закладаються термопари контролю температури. Установка повинна мати пристрій для автоматичного регулювання температури та мати в своєму розпорядженні набори вимірювальних приладів та регуляторів температури нагрівання вихідного матеріалу.

У приміщенні, де проводяться застрягання, повинні бути розвішені плакати із зображенням електропечей різних типівта конструкцій, електричних принципових схем керування електропечними установками електронагріву опором.

4 Короткі теоретичні відомості

Електричні печі опору, де електрична енергія перетворюється на теплову через рідкі або тверді тіла, бувають прямої та непрямої дії. У печах прямогодії тіло, що нагрівається безпосередньо включається в мережу (рис.1) і нагрівається струмом, що протікає через нього.

Малюнок 1 - Принципова схема установки прямого нагріву металевої заготовки: 1 - заготівля, що нагрівається; 2 - трансформатор

У печах непрямогодії тепло виділяється в спеціальних нагрівальних елементах і передається тілу, що нагрівається променевипусканням, теплопровідністю або конвекцією. Печі опору та апарати прямого нагріву застосовуються для нагрівання циліндричних виробів (прутків, труб), а непрямого нагрівудля термічної обробки виробів та матеріалів, а також для нагрівання заготовок під кування та штампування.

Нагрів вихідного матеріалу в електричних печах опору, зазвичай, виробляється до певної (заданої) температури. Після періоду нагрівання слідує період витримки, необхідний для вирівнювання температури. Вимірювання температури нагріву та контроль за ходом технологічного процесунагрівання може проводитися візуально та автоматично за допомогою автоматичних регуляторів за двопозиційним методом (періодичне включення та відключення печі).

На рис.2 наведено принципову електричну схему управління електричною піччю при двопозиційному регулюванні.

Рисунок 2 – Принципова електрична схема печі при двопозиційному керуванні

Схема передбачає ручне та автоматичне управління. Якщо перемикач Ппоставити у становище 1 , то схема буде налаштована на ручне управління, а положення 2 перемикача переводить схему автоматичне управління. Увімкнення та вимкнення нагрівальних елементів НЕпроводиться терморегулятором TP, контакти якого в залежності від температури в печі замикають або розмикають ланцюг котушки контактора Лбезпосередньо чи через проміжне реле РП. Регулювання температури нагрівання може здійснюватися зміною потужності печі – перемиканням нагрівачів із трикутника на зірку (рис. 3, а), при цьому потужність печі зменшується втричі, а для однофазних печей перемиканням із паралельного з'єднання нагрівачів на послідовне (рис. 3, б) .

Рисунок 3 – Електрична схема перемикання нагрівачів печі: а – з трикутника на зірку; б - з паралельного на послідовне

В електричних печах опору як нагрівальні елементи застосовуються матеріали з великим питомим опором. Ці матеріали не повинні окислюватися, а оксиди, що утворилися на поверхні, не повинні лопатися і відскакувати при коливаннях температури.

Найбільшого поширення при нагріванні вихідних матеріалів набули камерні печі завдяки їх універсальності, вони виконуються у вигляді прямокутної камери з вогнетривким футеруванням та теплоізоляцією, перекриті підом і укладені в металевий кожух. Печі серії Н виконуються з стрічковими або дротяними нагрівачами, покладеними на керамічні полички. Печі типу ОКБ-194 (рис. 4 та рис. 5) виготовляються двокамерними, верхня камера обладнана карборундовими нагрівачами, а нижня – ніхромовими.

Малюнок 4 - Камерна електропіч типу ОКБ-194: 1 – механізм підйому дверцят верхньої камери; 2 – ролики дверцят нижньої камери; 3 – теплоізоляція; 4 – верхня камера; 5 – нижня камера; 6 – подова плита

Методичні вказівки

Технічні (паспортні) дані електричної печі, апаратури управління, контролю та електровимірювальних приладів записуються за табличними даними обладнання. Надалі ці відомості мають бути відображені у звіті по роботі. Технічні дані обладнання є їх номінальними параметрами, тому під час роботи необхідно дотримуватися вказаних у паспортах значень струму, напруги, потужностей та інших величин.

При ознайомленні з електричною піччю опору слід звернути увагу на її конструкцію та влаштування нагрівальних елементів та їх розташування в печі. Рекомендується виміряти опір нагрівальних елементів за допомогою тестера. Зняти ескіз завантажувального пристрою, звернути увагу до його привод. З'ясувати, яких температурних режимів слід дотримуватися при термічній обробці вихідного матеріалу (деталей) під час проведення досвіду. Уточнити, якими приладами вимірюватиметься температура нагріву, де встановлюватимуться термопари. Електрична схема з'єднань електропечі та вимірювальних приладів для проведення досвіду наведена на рис. 5.

Учні повинні підібрати електровимірювальні прилади, апаратуру управління, виконати необхідні з'єднання і перед тим як включити схему в роботу дати керівнику заняття для перевірки.

Рисунок 5 – Принципова електрична схема печі типу ОКБ-194: а – електрична схема; б – діаграма роботи універсального перемикача УП

Після перевірки електричної схеми з'єднань та отримання дозволу та завдання від керівника заняття на термічну обробку вихідного матеріалу учні закладають у завантажувальний пристрій вихідний матеріал (деталі) та включають пекти роботу. Під час проведення досвіду треба уважно спостерігати за показаннями електровимірювальних та тепловимірювальних приладів (амперметром, вольтметром, ватметром, вторинним приладом термопари) та фіксувати їх показання через рівні проміжки часу. Дані спостережень та наступних розрахунків занести до таблиці 1. При досягненні граничної температури (відповідно до завдання) та наявності регулятора буде здійснено регулювання температури. Необхідно простежити, як працює регулятор, та помітити час перерви подачі електроенергії. Після закінчення досвіду визначити витрату електроенергії та коефіцієнт потужності установки.

Споживання Аелектричної енергії визначається за показанням лічильника, а у тому випадку, коли він у схемі відсутній, можна скористатися величинами потужності Р(за показанням ватметра) та тривалості tроботи:

А = Pt.(1)

Коефіцієнт потужності установки:

cosφ = Р/( UI).(2)

Таблиця 1 – Дані дослідів

Звіт по роботі складається за формою, зазначеною у додатку 1. У звіті необхідно навести паспортні дані машини апаратів та вимірювальних приладів, коротко описати конструкцію електричної печі опору, режим термообробки вихідного матеріалу, навести ескіз завантажувального пристрою, розташування електронагрівальних елементів, електричну схему з'єднань приладів та апаратів, що використовувалася під час проведення досвіду. Записати результати спостережень та розрахунків. Описати способи регулювання температурних режиміву процесі термообробки. Відповісти на контрольні питання.

Існує два принципово різних підходи до управління потужністю:

Безперервне керування, при якому в піч можна ввести будь-яку необхідну потужність.

Ступінчасте керування, при якому в піч можна вводити лише дискретний ряд потужностей.

Перший потребує плавного регулювання напруги на нагрівачах. Таке регулювання може бути здійснено за допомогою будь-якого різновиду силових підсилювачів (генератор, тиристорний випрямляч, ЕМП). На практиці найбільш поширені тиристорні джерела живлення, побудовані за схемою ТРН Такі регулятори ґрунтуються на властивостях тиристори, включеного в ланцюг. змінного струмупослідовно з активним опором нагрівача. Тиристорні джерела живлення містять зустрічно-паралельно з'єднані тиристори, забезпечені СІФУ.

Кут управління , а отже, і ефективна напруга на навантаженні залежить від зовнішньої напруги, що подається на джерело. Для зниження впливу відключення напруги живлення на тепловий режим печі тиристорних джерел живлення зазвичай передбачають негативний зворотний зв'язок по вихідній напругі. Тиристорні джерела живлення мають високий ККД (до 98%). Коефіцієнт потужності залежить від глибини регулювання вихідної напруги лінійно, при вугіллі  менше 0 – до М =1, при  = 180 до М = 0. Коефіцієнт потужності визначається не тільки зсувом фаз напруги та першої гармоніки струму, а й величиною вищих гармонік струму . Тому використання компенсуючих конденсаторів не дозволяє скільки значно підвищити до М.

При другому способі змінюють напругу на нагрівачі, перемикаючи в силових ланцюгах печі. Зазвичай є 2-3 ступені можливої ​​напруги та потужності нагрівача. Найбільш поширений двопозиційний спосіб ступінчастого керування. За цим способом піч або включають до мережі на її номінальну потужність, або повністю відключають від мережі. Необхідне значення середньої потужності, що вводиться в піч забезпечують, змінюючи співвідношення часу включеного та відключеного стану.

Середня температура в печі відповідає середньої потужності печі, що вводиться. Різкі зміни миттєвої потужності призводять до коливань температури близько середнього рівня. Величина цих коливань визначається величиною відхилень Р МГНОВ від середнього значення та величиною теплової інерції печі. У більшості загальнопромислових печей величина теплової інерції настільки велика, що коливання температури через ступінчасте управління не виходить за межі необхідного значення точності підтримки температури. Конструктивно двопозиційне управління може бути забезпечене або за допомогою звичайного контактора або тиристорного перемикача. Тиристорний перемикач містить зустрічно-паралельно
об'єднані тиристори, що працюють з  = 0.

У разі, якщо слаботочний контакт S розімкнуто, ланцюг управління VS1, VS2 розірвано, тиристори закриті, напруга на навантаженні дорівнює нулю. У разі, якщо S замкнуті, створюються ланцюга для протікання струмів управління. Катод позитивний, анод VS1 – негативний. У цьому випадку струм управління тече ланцюгом катод VS1 - VD1 - R - S - керуючий електрод VS2 - катод VS2. VS2 вмикається і весь напівперіод проводить електричний струм. Наступний напівперіод аналогічно включається VS1.

З
існують також трифазні перемикачі. У них використовують два блоки із зустрічно-паралельно з'єднаних тиристорів. Силові ланцюги таких перемикачів побудовані за такою схемою:

Є модифікації тиристорних перемикачів, які взагалі не використовують контакти.

Тиристорні перемикачі надійніші, ніж контактори, вони іскро-і вибухобезпечні, безшумні в роботі, трохи дорожчі.

Ступінчасте регулювання має ККД близьке до 1, до М 1.

В. Крилов

В даний час тиристори знаходять широке застосування в різних пристроях автоматичного контролю, сигналізації та керування. Тиристор являє собою керований напівпровідниковий діод, якому властиві два стійкі стани: відкритий, коли прямий опір тиристора дуже мало і струм в його ланцюгу залежить в основному від напруги джерела живлення та опору навантаження, і закритий, коли його прямий опір велике і струм становить одиниці міліампер .

На рис. 1 показана типова вольтамперна характеристика тиристора, де ділянка О відповідає закритому стану тиристора, а ділянка БВ - відкритому.

При негативних напругах тиристор поводиться як звичайний діод (ділянка ОД).

Якщо збільшувати пряму напругу на закритому тиристорі при струмі електрода, що дорівнює нулю, то при досягненні величини Uвкл тиристор відкриється. Таке перемикання тиростора називають перемиканням по аноду. Робота тиристора у своїй аналогічна роботі некерованого напівпровідникового чотиришарового діода - динистора.

Наявність керуючого електрода дозволяє відкривати тиристор при анодній напрузі, меншій за Uвкл. Для цього необхідно по ланцюзі керуючий електрод - катод пропустити струм управління Iу. Вольтамперна характеристика тиристора при цьому випадку показано на рис. 1 пунктир. Мінімальний струм управління, необхідний відкривання тиристора, називається струмом випрямлення Iспр. Струм випрямлення залежить від температури. У довідниках він вказується за певної анодної напруги. Якщо за час дії струму керування анодний струм перевищить значення струму вимикання Iвикл, то тиристор залишиться відкритим і після закінчення дії струму керування; якщо цього не станеться, то тиристор знову закриється.

При негативному напрузі на аноді тиристора подача напруги на його електрод, що управляє, не допускається. Неприпустимо також на керуючому електроді негативне (щодо катода) напруга, при якому зворотний струм електрода, що управляє, перевищує кілька міліампер.

Відкритий тиристор можна перевести в закритий стан, Тільки знизивши його анодний струм до величини, меншої Iвикл. У пристроях постійного струму для цієї мети використовуються спеціальні ланцюжки, що гасять, а в ланцюгу змінного струму тиристор закривається самостійно в момент переходу величини анодного струму через нуль.

Це є причиною найбільш широкого застосування тиристорів у ланцюгах змінного струму. Всі схеми, що розглядаються нижче, мають відношення тільки до тиристорів, включених в ланцюг змінного струму.

Для забезпечення надійної роботи тиристора джерело напруги, що управляє, має задовольняти певним вимогам. На рис. 2 показана еквівалентна схема джерела керуючого напруги, а на рис. 3 - графік, за допомогою якого можна визначити вимоги до його прямої навантаження.

На графіку лінії А і Б обмежують зону розкиду вхідних вольтамперних характеристик тиристора, що становлять залежності напруги на керуючому електроді Uу від струму цього електрода Iу при розімкнутому анодному ланцюзі. Пряма визначає мінімальну напругу Uу, при якому відкривається будь-який тиристор даного типу при мінімальній температурі. Пряма Г визначає мінімальний струм Iу, достатній для відкриття будь-якого тиристора даного типу при мінімальній температурі. Кожен конкретний тиристор відкривається у певній точці своєї вхідної характеристики. Заштрихована зона є геометричним місцем таких точок для всіх тиристорів цього типу, що задовольняють технічним умовам. Прямі Д і Е визначають максимально допустимі значення напруги Uу і струму Iу відповідно, а крива К - максимально допустиме значення потужності, що розсіюється на електроді, що управляє. Напрямна пряма Л джерела керуючого сигналу проведена через точки, що визначають напругу холостого ходу джерела Еу.хх та його струм короткого замикання Iу.кз = Eу.хх/Rвнутр, де Rвнутр- внутрішній опір джерела. Точка S перетину прямої навантажувальної Л з вхідною характеристикою (крива М) обраного тиристора повинна знаходитися в області, що лежить між заштрихованою зоною і лініями А, Д, К, Е і Б.

Ця область носить назву кращої області відкривання. Горизонтальна пряма Н визначає найбільшу напругу на переході, що управляє, при якому не відкривається жоден тиристор даного типу при максимально допустимій температурі. Таким чином, ця величина, що становить десяті частки вольта, визначає максимально допустиму амплітуду напруги перешкоди ланцюга управління тиристором.

Після відкривання тиристора ланцюг управління не впливає на його стан, тому управління тиристором може здійснюватися імпульсами невеликої тривалості (десятки або сотні мікросекунд), що дозволяє спростити схеми управління і знизити потужність, що розсіюється на електроді, що управляє. Тривалість імпульсу, однак, повинна бути достатньою для наростання анодного струму до величини, що перевищує струм вимкнення Iвикл при різному характері навантаження та режимі роботи тиристора.

Порівняльна простота пристроїв управління при роботі тиристорів у ланцюгах змінного струму зумовила широке застосування цих приладів як регулюючих елементів у пристроях стабілізації та регулювання напруги. Середнє значення напруги на навантаженні при цьому регулюють зміною моменту подачі (тобто фази) керуючого сигналу щодо початку напівперіоду напруги живлення. Частота проходження керуючих імпульсів у таких схемах має бути синхронізована з частотою мережі.

Існує кілька методів управління тиристорами, з яких слід відзначити амплітудний, фазовий та фазо-імпульсний.

Амплітудний метод управління полягає в тому, що на керуючий електрод тиристора подають позитивну напругу, що змінюється за величиною. Тиристор відкривається в той момент, коли ця напруга стає достатньою для протікання через керуючий перехід струму випрямлення. Змінюючи напругу на електроді, що управляє, можна змінювати момент відкривання тиристора. Найпростіша схемарегулятора напруги, побудована за цим принципом, наведено на рис. 4.

Як керуюча напруга тут використовується частина анодної напруги тиристора, тобто напруги позитивного напівперіоду мережі. Резистором R2 змінюють момент відкриття тиристора Д1 і, отже, середнє значення напруги на навантаженні. При повністю введеному резистори R2 напруга на навантаженні мінімальна. Діод Д2 захищає керуючий перехід тиристора від зворотної напруги. Слід звернути увагу, що ланцюг управління підключена безпосередньо до мережі, а паралельно тиристору. Зроблено це для того, щоб відкритий тиристор шунтував ланцюг управління, не допускаючи марного розсіювання потужності на його елементах.

Основними недоліками пристрою є сильна залежність напруги на навантаженні від температури і необхідність індивідуального підбору резисторів для кожного екземпляра тиристора. Перше пояснюється температурною залежністю струму випрямлення тиристорів, друге - великим розкидом їх вхідних характеристик. Крім того, пристрій здатний регулювати момент відкривання тиристора лише протягом першої половини позитивного напівперіоду напруги мережі.

Керуючий пристрій, схема якого наведена на рис. 5 дозволяє розширити діапазон регулювання до 180°, а включення тиристора в діагональ випрямного моста - регулювати напругу на навантаженні протягом обох напівперіодів напруги мережі.

Конденсатор С1 заряджається через резистори R1 і R2 до напруги, при якому через керуючий перехід тиристора протікає струм, що дорівнює струму випрямлення. У цьому тиристор відкривається, пропускаючи струм через навантаження. Завдяки наявності конденсатора напруга на навантаженні менше залежить від коливань температури, але тим не менш і цьому пристрою притаманні ті самі недоліки.

При фазовому методі управління тиристорами за допомогою фазообертального моста змінюють фазу напруги, що управляє, відносно напруги на аноді тиристора. На рис. 6 наведена схема однонапівперіодного регулятора напруги, в якому зміна напруги на навантаженні здійснюється резистором R2, включеним в одне з плечей моста, з діагоналі якого напруга надходить на керуючий перехід тиристора.

Напруга на кожній половині обмотки III управління має бути приблизно 10 ст. Інші параметри трансформатора визначаються напругою та потужністю навантаження. Основним недоліком фазового методу управління є мала крутість керуючого напруги, через що стабільність моменту відкривання тиристора виходить невисокою.

Фазо-імпульсний метод управління тиристорами відрізняється від попереднього тим, що з метою підвищення точності та стабільності моменту відкривання тиристора на його електрод, що управляє, подають імпульс напруги з крутим фронтом. Цей метод набув у час найбільшого поширення. Схеми, що реалізують цей метод, відрізняються великою різноманітністю.

На рис. 7 наведена схема одного з найпростіших пристроїв, що використовують фазоімпульсний метод управління тиристором.

При позитивному напрузі на аноді тиристора Д3 конденсатор С1 заряджається через діод Д1 змінний резистор R1. Коли напруга на конденсаторі досягне напруги включення диністора Д2, він відкривається і розряджається конденсатор через керуючий перехід тиристора. Цей імпульс розрядного струму відкриває тиристор Д3 і через навантаження починає протікати струм. Змінюючи резистором R1 струм заряду конденсатора, можна змінювати момент відкриття тиристора в межах напівперіоду напруги мережі. Резистор R2 виключає самовідкриття тиристора Д3 за рахунок струмів витоку при підвищеній температурі. За технічними умовами при роботі тиристорів у режимі очікування установка цього резистора обов'язкова. Наведена на рис. 7 схема не знайшла широкого застосування через великий розкид величини напруги включення диністорів, що доходить до 200%, і значної залежності напруги включення від температури.

Однією з різновидів фазо-импульеного методу управління тиристорами є що у час найбільше поширення так зване вертикальне управління. Воно полягає в тому, що на вході генератора імпульсів проводиться порівняння (рис. 8) постійної напруги (1) та напруги, що змінюється за величиною (2). У момент рівності цих напруг генерується імпульс (3) керування тиристором. Змінна за величиною напруга може мати синосоїдальну, трикутну або пилкоподібну (як показано на рис. 8) форму.

Як видно з малюнка, зміна моменту виникнення керуючого імпульсу, тобто зсув його фази, може проводитися трьома способами:

зміною швидкості наростання змінної напруги (2а),

зміною його початкового рівня (2б) та

зміною величини постійної напруги (1а).

На рис. 9 показано структурна схемапристрої, що реалізує вертикальний метод керування тиристорами.

Як і будь-який інший пристрій фазо-імпульсного управління, воно складається з фазозсувного пристрою ФСУ та генератора імпульсів ГІ. Фазозсувний пристрій, у свою чергу, містить вхідний пристрій ВУ, що сприймає напругу управління Uу, генератор змінної (за величиною) напруги ГПН і порівнюючий пристрій СУ. Як названі елементи можуть бути використані різні пристрої.

На рис. 10 наведена принципова схемапристрої керування тиристором (Д5), включеним послідовно з мостовим випрямлячем (Д1 - Д4).

Пристрій складається з генератора пилкоподібної напруги з транзисторним комутатором (Т1), тригера Шмітта (Т2, Т3) та вихідного ключового підсилювача (Т4). Під дією напруги, що знімається з синхронізуючої обмотки III трансформатора Тр1, транзистор Т1 закритий. При цьому конденсатор С1 заряджається через резистори R3 та R4. Напруга на конденсаторі зростає по експоненційній кривій, початкова ділянка якої з деяким наближенням можна вважати прямолінійною (2, див. рис. 8).

У цьому транзистор Т2 закритий, а Т3 відкритий. Струм емітера транзистора Т3 створює на резисторі R6 падіння напруги, яке визначає рівень спрацьовування тригера Шмітта (1 на рис. 8). Сума напруги на резисторі R6 і відкритому транзисторі Т3 менше, ніж напруга на стабілітроні Д10, тому транзистор Т4 закритий. Коли напруга на конденсаторі С1 досягає рівня спрацьовування тригера Шмітт, транзистор Т2 відкривається, а Т3 закривається. Транзистор T4 при цьому відкривається і на резистори R10 з'являється імпульс напруги, що відкриває тиристор Д5 (імпульс 3 на рис. 8). Наприкінці кожного напівперіоду напруги мережі транзистор T1 відкривається струмом, що протікає через резистор R2. Конденсатор С1 при цьому розряджається практично до нуля та пристрій керування повертається у вихідний стан. Тиристор закривається в момент переходу амплітуди анодного струму через нуль. З початком наступного напівперіод цикл роботи пристрою повторюється.

Змінюючи опір резистора R3, можна змінювати струм заряду конденсатора С1, тобто швидкість наростання напруги на ньому, а значить, і мрій появи тиристор імпульсу, що відкриває. Замінивши резистор R3 на транзистор, можна автоматично регулювати напругу на навантаженні. Таким чином, у цьому пристрої використаний перший з названих вище способів зсуву фази імпульсів, що управляють.

Невелика зміна схеми показана на рис. 11, дозволяє отримати регулювання другого способу. В цьому випадку конденсатор С1 заряджається через постійний резистор R4 і швидкість наростання пилкоподібної напруги у всіх випадках однакова. Але при відкритті транзистора T1 конденсатор розряджається не до нуля, як у попередньому пристрої, а до напруги управління Uу.
Отже, і заряд конденсатора черговому циклі почнеться з цього рівня. Змінюючи напругу Uу, регулюють момент відкриття тиристора. Діод Д11 відключає джерело напруги керування від конденсатора під час його заряду.

Вихідний каскад на транзисторі T4 забезпечує необхідне посилення струму. Використовуючи як навантаження імпульсний трансформатор, можна одночасно керувати кількома тиристорами.

У пристроях управління до керуючого переходу тиристора напруга прикладена протягом відрізка часу від моменту рівності постійної і пилкоподібної напруги до закінчення напівперіоду напруги мережі, тобто до моменту розряду конденсатора C1. Зменшити тривалість імпульсу, що управляє, можна включенням диференціюючого ланцюжка на вході підсилювача струму, виконаного на транзисторі Т4 (див. рис. 10).

Одним із варіантів вертикального методу управління тиристорами є число-імпульсний метод. Його особливість полягає в тому, що на електрод керуючого тиристора подають не один імпульс, а пачку коротких імпульсів. Тривалість пачки дорівнює тривалості керуючого імпульсу, показаного на рис. 8.

Частота проходження імпульсів у пачці визначається параметрами генератора імпульсів. Число-імпульсний метод управління забезпечує надійне відкривання тиристора при будь-якому характері навантаження і дозволяє зменшити потужність, що розсіюється на переході тиристора, що управляє. Крім того, якщо на виході пристрою включений імпульсний трансформатор, можна зменшити його розміри і спростити конструкцію.

На рис. 12 наведена схема керуючого пристрою, що використовує число-імпульсний метод.

Як вузл порівняння та генератора імпульсів тут застосований балансний діодно-регенеративний компаратор, що складається зі схеми порівняння на діодах Д10, Д11 і власне блокінг-генератора, зібраного на транзисторі Т2. Діоди Д10, Д11 керують роботою ланцюга зворотного зв'язку блокінг-генератора.

Як і попередніх випадках, при закритому транзисторі Т1 починається заряд конденсатора С1 через резистор R3. Діод Д11 відкритий напругою Uу, а діод Д10 закритий. Таким чином, ланцюг обмотки IIa позитивного зворотного зв'язку блокінг-генератора розімкнена, а ланцюг обмотки IIб негативного зворотного зв'язку замкнута і транзистор Т2 закритий. Коли напруга на конденсаторі С1 досягне напруги Uу, діод Д11 закриється, а Д10 відкриється. Ланцюг позитивного зворотного зв'язку виявиться замкненим, і блокінг-генератор почне виробляти імпульси, які з обмотки I трансформатора Тр2 надходитимуть на керуючий перехід тиристора. Генерація імпульсів продовжуватиметься до кінця напівперіоду напруги мережі, коли відкриється транзистор T1 і конденсатор С1 розрядиться. Діод Д10 при цьому закриється, а Д11 відкриється, блокінг-процес припиниться, і пристрій повернеться у вихідний стан. Змінюючи напругу управління Uу, можна змінювати момент початку генерації щодо початку напівперіоду і, отже, момент відкривання тиристора. Отже, у разі використовується третій спосіб зсуву фази управляючих імпульсів.

Застосування балансної схеми вузла порівняння забезпечує температурну стабільність роботи. Кремнієві діоди Д10 і Д11 з малим зворотним струмом дозволяють отримати високу вхідний опірпорівнюючого вузла (близько 1 Мом). Тому він не робить ніякого впливу на процес заряду конденсатора С1. Чутливість вузла дуже висока і становить кілька мілівольт. Резистори R6, R8, R9 та конденсатор С3 визначають температурну стабільність робочої точки транзистора Т2. Резистор R7 служить обмеження колекторного струму цього транзистора і поліпшення форми імпульсу блокинг-генератора. Діод Д13 обмежує викид напруги на колекторній обмотці III трансформатора Тр2, що виникає при закриванні транзистора. Імпульсний трансформатор Тр2 можна виконати на феритовому кільці 1000НН типорозміру К15Х6Х4,5. Обмотки I та III містять по 75, а обмотки II а та II б - по 50 витків дроту ПЕВ-2 0,1.

Недоліком цього пристрою керування є порівняно низька частотапрямування імпульсів (приблизно 2 кгц при тривалості імпульсу 15 мксек). Збільшити частоту можна, наприклад, зменшивши опір резистора R4 через який розряджається конденсатор С2, але при цьому дещо погіршується температурна стабільність чутливості порівнюючого вузла.

Число-імпульсний метод керування тиристорами можна використовувати і в розглянутих вище (рис. 10 і 11) пристроях, оскільки при певному виборі номіналів елементів (С1, R4-R10, див. рис. 10) тригер Шмітта при напрузі на конденсаторі С1, що перевищує рівень спрацьовування тригера, що генерує не одиночний імпульс, а послідовність імпульсів. Їх тривалість і частота слідування визначаються параметрами та режимом тригера. Такий пристрій отримав назву "мультивібратор з розрядним тригером".

На закінчення слід зазначити, що значне схемне спрощення пристроїв керування тиристорами за збереження високих якісних показників може бути досягнуто за допомогою одноперехідних транзисторів.