4. Тиристорные управляемые источники питания постоянного тока

Используется принцип широтно-импульсной модуляции (ШИМ) тока управления полупроводниковых приборов, а значит и тока нагрузки.

Получается при помощи этой же схемы путём регулирования частоты и длительности между импульсами токов i₁ и i₂. При изменении интервала между импульсами на открытие α₀ и закрытие α_З тиристоров изменяется действующее напряжение на нагрузке, а значит и действующее значение тока нагрузки. Согласно закону Джоуля – Ленца мощность, выделяемая в нагрузке, пропорциональна квадрату тока (или квадрату напряжения, приложенного к нагрузке) и при изменении этих величин осуществляется ее регулирование.

Период следования отпирающих импульсов Т постоянен), а время проводимости тиристора t_пров, регулируется запирающим импульсом, при этом изменяется скважность q=T/t_пров. Чем выше скважность тем меньшая мощность поступает к нагрузке.

Рис. 6.13. Принципиальная электрическая схема тиристорного контактора постоянного тока в двух исполнениях (а,б). Виды нагрузок: лампа освещения EL, соленоид привода выключателя YA, электродвигатель M.

Рис. 6.14. Принцип регулирования мощности в сети постоянного тока за счет изменения длительности протекания тока проводимости тиристора tпров в пределах периода T постоянной частоты повторений управляющих импульсов

5. Технические характеристики тиристоров

Тиристор может проводить ток в одном направлении, а в закрытом состоянии может выдерживать прямое и обратное напряжение. Основные технические характеристики приведены в табл. 6.1. Типовая схема включения тиристора и его выходные и входные статические вольт-амперные характеристики (ВАХ) приведены на рис. 6.15.

На рис. 6.15, б представлено семейство выходных статических ВАХ при различных значениях тока управляющего электрода. Предельное прямое напряжение, которое выдерживает тиристор без его включения, имеет максимальное значение при i_G = 0. При увеличении тока i_G прямое напряжение снижается. Включенному состоянию тиристора соответствует ветвь II, а выключенному - ветвь I. Процессу включения соответствует участок III ВАХ. Ток удержания I_н равен минимальному допустимому значению прямого тока анода i_A, при котором тиристор остается в проводящем состоянии.

Таблица 6.1

Технические характеристики тиристоров

Параметр	Обозначение в справочной литературе		Смысловое значение*	Значения параметра тиристоров на 6500 В, 2650 А
	русское	латинское
1	2	3	4	5
Прямое падение напряжения, В	Uпр	VТ	Напряжение на включенном тиристоре	2
Неповторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии, В	Uнп	VDSM	В отличии от диода, этот параметр нормируется не только при обратном, но и при прямом направлении напряжения	6500
Повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии, В	Uп	VDRM	В отличии от диода, этот параметр нормируется не только при обратном, но и при прямом направлении напряжения	5600
Критическая скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии, В/мкс	du/dtmax	du/dtcrit	Максимальная скорость изменения напряжения, которое не приводит к несанкционированному включению (без управляющего импульса) тиристора	2000
Максимальный средний ток, А	Iср	ITAV	Среднее значение тока анода, не приводящее к превышению температуры тиристора	2650
Максимальный действующий ток, А	Iдейств	ITRSM	Действующее значение тока анода, не приводящее к превышению температуры тиристора		4160
Ток удержания, мА	Iудерж	IH	Наименьший ток анода, при котором тиристор удерживается в открытом состоянии		100
Ток включения, мА	Iвкл	IL	Наименьший ток анода, при котором тиристор удерживается в открытом состоянии сразу после включения		500

Окончание табл. 6.1

1	2	3	4	5
Ударный неповторяющийся прямой ток, кА	Iудар	ITSM	Ток, при котором превышается максимально допустимая температура перехода, но который возникает однократно в аварийных режимах и не приводит к выходу тиристора из строя	45
Защитный показатель, кА2∙С	∫i2dt	∫i2dt	Значение интеграла от квадрата тока в аварийном режиме (используется для выбора защитного предохранителя)	10125
Критическая скорость нарастания тока в открытом состоянии, А/мкс	di/dtmax	di/dtcrit	Наибольшее значение скорости нарастания тока в открытом состоянии, которую тиристор выдерживает без повреждения	500
Ток в закрытом состоянии, мА	Iз.с.	iD	Ток утечки в закрытом состоянии	600
Время включения, мкс	tвкл	tgt	Время, в течение которого тиристор переходит из закрытого состояния в открытое	3
Время выключения, мкс	tвыкл	tq	Наименьшее время между переходом анодного тока при выключении и моментом воздействия прямого напряжения, при котором не происходит несанкционированное включение тиристора	800
Заряд обратного восстановления, мкс	QВ	Qrr	Заряд, выводимый из тиристора при его выключении	2700

Зависимость тока утечки от обратного напряжения соответствует ветви IV. При превышении обратным напряжением значения и_Вo начинается резкое возрастание обратного тока, приводящее к пробою тиристора. Пробой может быть необратимым и приводить к выходу тиристора из строя. В последнем случае энергия, выделяющаяся в тиристоре, должна быть ограничена. В качестве нормируемых предельных параметров напряжения в закрытом состоянии обычно указывается повторяющееся и неповторяющееся, прямое и обратное максимально допустимое напряжение (табл. 6.1). Повторяющееся напряжение - это напряжение, которое тиристор выдерживает без пробоя каждый период на рабочей частоте. Неповторяющееся напряжение - это напряжение, которое тиристор выдерживает однократно с последующим длительным перерывом, необходимым для восстановления его структуры.

а)	б)
в)
Рис. 6.15 Характеристики тиристора: а – схема включения; б – входные ВАХ; в – выходные ВАХ

Статические входные ВАХ, характеризующие параметры управления тиристора, представлены на рис. 6.15, в. Семейство ВАХ расположено в области, ограниченной ее значениями при максимально 1 и минимально 2 допустимой рабочей температуре тиристора. Заштрихованная область ограничена минимальными значениями тока I_Gmin и напряжения U_GCmax цепи управления, при которых происходит включение тиристора. Существуют также ограничения на максимально допустимые значения тока управления I_Gmах, напряжения управления U_{GC mах} и мощность рассеяния P_{G max}. Ограничения мощности зависят от длительности сигналов управления (кривая коротких импульсов управления расположена выше, а длинных - ниже кривой, соответствующей ограничению мощности управления для стандартных импульсов управления). Нагрузочная характеристика, определяемая амплитудой источника сигналов управления е_{у mах} и сопротивлением цепи управления R_y, должна выбираться с учетом указанных ограничений (прямая 3 на рис. 6.15, в).

В справочной литературе приводятся максимальные и минимальные значения тока и напряжения импульса управления. Часто эти данные представлены в виде графических зависимостей, учитывающих влияние температуры окружающей среды (см. рис. 6.15, в).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Устройство, принцип действия и характеристики тиристора.

2. Устройство, принцип действия и характеристики симистора.

3. Вольт-амперная характеристика тиристора и симистора.

4. Понятие бесконтактной коммутации электрической цепи.

5. Особенности коммутации и проведения тока тиристорами и симисторами.

6. Сформулировать принцип открытия и закрытия тиристора на переменном токе

7. Каким образом осуществляется регулирование длительности протекания тока нагрузки тиристорного контактора переменного тока на основе схемы контактной сварки.

8. Каким образом осуществляется регулирование величины тока нагрузки тиристорного контактора переменного тока. Принципиальная схема и осциллограммы.

9. Принцип работы системы импульсно-фазового управления тиристорами в однофазной сети

10. Каким образом осуществляется регулирование величины тока нагрузки тиристорного контактора постоянного тока. Принципиальная схема и осциллограммы.

11. Переходные процессы изменения тока при работе управляемого тиристорного контактора

12. Понятие твердотельного реле

13. Изобразить принципиальные схемы испытания тиристора с использованием «прозвонок»

14. Области применения твердотельных реле их достоинства, расчет эффективности использования.

15. Модификации и технические характеристики твердотельных реле

16. Описание принципиальной схемы лабораторной установки

218