Как пишется тиристорный коммутатор
- Тиристорный коммутатор — электронное устройство, предназначенное для управления электрическими нагрузками. В качестве силовых элементов используются тиристоры или симисторы.
Связанные понятия
Обратимость электрических машин вызвана одинаковым устройством преобразователей электрической энергии в механическую и механической в электрическую. Таким образом, электрические машины взаимозаменяемы: электродвигатель может использоваться в качестве генератора и наоборот, электродинамическая головка может использоваться в качестве микрофона и наоборот, и т. п.
Двухтактный преобразователь — преобразователь напряжения, использующий импульсный трансформатор. Коэффициент трансформации трансформатора может быть произвольным. Несмотря на то, что он фиксирован, во многих случаях может варьироваться ширина импульса, что расширяет доступный диапазон стабилизации напряжения. Преимуществом двухтактных преобразователей является их простота и возможность наращивания мощности.
Обратноходово́й преобразова́тель (англ. flyback converter) — разновидность импульсных преобразователей напряжения с гальванической развязкой первичных и вторичных цепей.
Фазорасщепи́тель — это устройство, которое разделяет сигнал на множество фаз. Используется как для обработки аналоговых и цифровых сигналов, так и в силовой электронике.
Балласт — устройство, предназначенное для ограничения тока в электрической цепи. Существует большое количество реализаций балласта, различаясь по сложности реализации. В простейших случаях это могут быть последовательно соединённые с нагрузкой резисторы, например, для ограничения электрического тока через светодиод или неоновую лампу. В случае же более мощной нагрузки они не подходят ввиду больших тепловых потерь при использовании активного сопротивления, в связи с этим применяют реактивное сопротивление.
Враща́ющийся трансформа́тор — электрическая микромашина переменного тока (информационная электрическая машина), резольвер (англ. Resolver_(electrical)), предназначенная для преобразования угла поворота в электрическое напряжение, амплитуда которого пропорциональна или является функцией (чаще всего, синус или косинус) угла или самому углу.
Фа́зовое регули́рование напряжения — способ регулирования переменного электрического напряжения, обычно синусоидальной формы, путём изменения угла открытия тиристоров, симисторов, тиратронов или иных ключевых электронных приборов, на которых собран выпрямитель или электрический ключ.
Руби́льник — простейший электрический коммутационный аппарат с ручным приводом и металлическими ножевыми контактами, входящими в неподвижные пружинящие контакты (гнёзда), применяемый в электротехнических цепях для включения/отключения нагрузки с большой силой тока.
Твердоте́льное реле́ (ТТР) — электронное устройство, являющееся типом реле без механических движущихся частей, служащее для включения и выключения высокомощностной цепи с помощью низких напряжений, подаваемых на клеммы управления. ТТР содержит датчик, который реагирует на вход (управляющий сигнал) и твердотельную электронику, включающую высокомощностную цепь. Этот тип реле может использоваться в сетях постоянного и переменного тока. Устройство применяется для тех же функций, что и обычное реле, но.
Сварочный источник питания — электронное устройство, которое обеспечивает питание сварочной цепи электрическим током.
Измери́тельный усили́тель, инструмента́льный усилитель, электрометри́ческий вычитатель — разновидность дифференциального усилителя с улучшенными параметрами, пригоден для использования в измерительном и тестирующем оборудовании.
ВЧ-заградитель представляет собой высокочастотный фильтр, исключающий (ослабляющий) шунтирующее действие шин подстанций и отпаек линии электропередачи на линейный тракт канала ВЧ-связи. Заградитель состоит из силовой катушки индуктивности (силового реактора) с воздушным сердечником (номинальная индуктивность 0,25. 2,0 мГн), подключенного параллельно катушке элемента настройки, а также защитного устройства.
Гетеродинный индикатор резонанса (ГИР) — электронный измерительный прибор, предназначенный для определения резонансной частоты колебательных контуров в радиотехнике.
Автоматическая подстройка частоты (АПЧ) — устройство или метод автоматического изменения и удержания необходимой частоты электрических колебаний генератора. Метод заключается в автоматической дополнительной регулировке частоты генератора, по информации о рассогласовании частоты из цепи обратной связи. Тем самым осуществляется отрицательная обратная связь по частоте. Сигнал рассогласования по частоте может вырабатываться дискриминатором по различным характеристикам сигнала, получаемого в радиотехническом.
Усили́тельный каска́д с о́бщей ба́зой (аббревиатура — ОБ) — одна из трёх типовых схем построения электронных усилителей с применением биполярного транзистора.
Дели́тель то́ка — простейшая линейная электрическая цепь, выходной ток которой представляет собой часть входного тока. Это обеспечивается распределением тока между ветвями делителя.
Последовательное и параллельное соединения в электротехнике — два основных способа соединения элементов электрической цепи. При последовательном соединении все элементы связаны друг с другом так, что включающий их участок цепи не имеет ни одного узла. При параллельном соединении все входящие в цепь элементы объединены двумя узлами и не имеют связей с другими узлами, если это не противоречит условию.
Индуктивный датчик — бесконтактный датчик, предназначенный для контроля положения объектов из металла (к другим материалам не чувствителен).
Дина́мото́р — электромеханический агрегат, конструктивно совмещающий в одном устройстве электрический двигатель и электрический генератор, вид мотор-генератора (умформера). Как правило, эта электрическая машина имеет один якорь с несколькими раздельными обмотками, подключенными к двум коллекторам. Статор также может иметь несколько обмоток, обычно пусковые и силовые различной конструкции. Основное предназначение динамоторов — преобразование параметров электрической энергии.
Коммутационный аппарат — аппарат, предназначенный для включения или отключения тока в одной или нескольких электрических цепях.Коммутационный аппарат — электрический аппарат, предназначенный для коммутации электрической цепи и снятия напряжения с части электроустановки.Механический коммутационный аппарат — коммутационный аппарат, предназначенный для замыкания и размыкания одной или более электрических цепей с помощью разъединяемых контактов.В общем случае можно разделить все коммутационные аппараты.
Указатель повреждённого участка (УПУ, ИКЗ - индикатор короткого замыкания, УТКЗ - указатель тока короткого замыкания) — устройство для определения повреждённого участка линии электропередачи и сигнализации о произошедшей аварийной ситуации. В зависимости от назначения и исполнения индикаторы короткого замыкания устанавливаются в ячейку распределительного устройства, на опору воздушной линии электропередачи или непосредственно на фазный провод линии. Кроме того УПУ бывают в переносном исполнении.
Антенное согласующее устройство (АСУ, антенный тюнер) — техническое средство, предназначенное для согласования параметров антенны с параметрами передатчика, приёмника или фидерной линии, выполненное в виде отдельного блока, устанавливаемого непосредственно у ввода антенны. При необходимости, с помощью АСУ производится также симметрирование антенны. Под согласованием подразумевается такое преобразование входного или выходного сопротивления антенны, чтобы оно было равно волновому сопротивлению питающего.
Системы измерительных приборов — это классификация электроизмерительных приборов (электромеханического действия) по физическому принципу действия измерительного механизма, то есть по способу преобразования электрической величины в механическое действие подвижной части.
Фильтр присоединения (ФП) — устройство, образующее совместно с конденсатором связи полосовой фильтр или фильтр верхних частот. Фильтр присоединения совместно с конденсатором связи обеспечивает передачу через него с заданными параметрами ВЧ сигналов, и отделение аппаратуры ВЧ-связи от воздействия рабочего напряжения сети и всех видов перенапряжений, возникающих в ней. Фильтры присоединения обычно устанавливаются по концам ЛЭП на территории подстанций.
Система относительных единиц (англ. per-unit system) — способ расчета параметров в системах передачи электроэнергии, при котором значения системных величин (напряжений, токов, сопротивлений, мощностей и т. п.) выражаются как множители определенной базовой величины, принятой за единицу. Это упрощает вычисления, так как величины, выраженные в относительных единицах, не зависят от уровня напряжения. Так, для устройств (например, трансформаторов) одного типа, импеданс, падение напряжения и потери мощности.
Контакторно-транзисторная система управления (сокр. КТСУ) — электротехническое устройство для управления электрическим током через тяговые электродвигатели подвижного состава электротранспорта. Является дальнейшим развитием реостатно-контакторной системы управления (РКСУ) для аналогичных целей. КТСУ сохраняет в своём составе пускотормозные сопротивления и механические контакторы для коммутации их соединений в силовой цепи тяговых двигателей. Новшеством является замена низковольтного электромеханического.
Перенапряжение — любое увеличение напряжённости электрического поля в какой-либо части установки или линии электропередачи, достигающее величины, опасной для состояния изоляции установки. Перенапряжение представляет также опасность для людей, находящихся во время перенапряжения в непосредственной близости от установки или линии.
Стабилитро́н тле́ющего разря́да — ионный газоразрядный электровакуумный прибор, предназначенный для стабилизации напряжения. Стабилитроны тлеющего разряда заполнены смесью инертных газов и предназначены для стабилизации напряжений от 80 В (аргоново-гелиевая и неон-криптоновая смеси) до 1,2 кВ (гелиево-неоновая смесь). Конструктивно близкие стабилитроны коронного разряда заполнены водородом и предназначены для стабилизации напряжений от 0,4 до десятков кВ.
Пьезотрансформатор (Пьезоэлектрический трансформатор) — электрический прибор, в котором прямой и обратный пьезоэлектрический эффект используются для преобразования электрической энергии или сигнала. Целью такого преобразования может быть изменение амплитуды напряжения или гальваническая развязка.
Разделительный трансформатор — трансформатор, первичная обмотка которого отделена от вторичных обмоток при помощи защитного электрического разделения цепей: двойной или усиленной изоляции, или основной изоляции и защитного экрана. (пп. 1.7.44 и 1.7.49 ПУЭ).
Лого́метр — магнитоэлектрический электроизмерительный прибор для измерения отношения сил двух электрических токов.
Номинальный режим (продолжительный режим) — такой режим работы машин и оборудования, при котором они могут наиболее эффективно работать на протяжении неограниченного времени (более нескольких часов). Для оборудования, связанного с рассеиванием энергии (резисторы), либо с её преобразованием (двигатели, генераторы), номинальный режим определяется возможностью работы оборудования без превышения предельно допустимых температур.
Измери́тельный генера́тор (генератор сигналов, от лат. generator — производитель, сигнал-генератор) — электронное устройство, мера для воспроизведения электромагнитного сигнала (синусоидального, импульсного, шумового или специальной формы). Генераторы применяются для проверки и настройки радиоэлектронных устройств, каналов связи, при поверке и калибровке средств измерений и в других целях.
Силовая электроника — область электроники, связанная с преобразованием, переключением (включением и отключением) без управления или управления электрической энергией.:5 При этом различие силовой и слаботочной электроники не в силе тока или мощности устройства, а в назначении. Радиовещательный передатчик может быть в тысячи раз мощнее электропривода станка. Задача слаботочной техники — точно воспроизвести на приемном конце форму сигнала. Потери энергии при этом интересуют во вторую очередь. В случае.
Симметричное подключение (аудио) — метод соединения аудио оборудования с помощью симметричной линии. В отличие от несимметричной линии, где используется один сигнальный провод, в симметричной линии используется пара сигнальных проводов. Этот метод соединения часто используется в звуковых трактах оборудования, для соединения отдельных элементов, или целых блоков. Самое большое распространение получило в звукозаписи, потому что позволяет уменьшить помехи передачи сигнала при использовании достаточно.
Модуль гидравлический — насосный блок, являющийся универсальным (групповым, индивидуальным) гидравлическим приводом, выполненным на принципах ультраустойчивости, с регулятором типа «предиктор-корректор», позволяющим автоматически изменять подачу рабочей жидкости по фактической потребности гидросистемы в режиме реального времени (без фазового сдвига).
Возбуждение — в электротехнике: создание в электрической машине магнитного потока, с которым будет взаимодействовать магнитное поле якоря.
Электрическим элементом называют конструктивно-завершённое, изготовленное в промышленных условиях изделие, способное выполнять свои функции в составе электрических цепей.
Реконструкционный фильтр (восстанавливающий фильтр, англ. reconstruction filter, anti-imaging filter) используется в смешанных аналогово-цифровых системах для вывода гладкого (smooth) аналогового сигнала c цифрового входа. В частности, он применяется в устройствах ЦАП.
Апериодическое звено — понятие, относящееся к Теории автоматического управления. Типовое динамическое звено.
Электромагни́тный выключа́тель — высоковольтный коммутационный аппарат, в котором гашение электрической дуги производится взаимодействием плазмы дуги с магнитным полем (т. н. магнитным дутьём) в дугогасительных камерах с узкими щелями (прямыми или извилистыми) или с камерами с дугогасительными решётками.
Акусти́ческий импеда́нс (англ. impedance от лат. impedio — препятствую) — комплексное акустическое сопротивление среды, представляющее собой отношение комплексных амплитуд звукового давления к колебательной объёмной скорости.
Устройство выборки и хранения (англ. sample and hold circuit) в электронике — схема, запоминающая напряжение на входе в определённый момент времени. Является компонентом большинства аналого-цифровых преобразователей.
Потенцио́метр — регулируемый делитель электрического напряжения, переменный резистор. Представляет собой, как правило, резистор с подвижным отводным контактом (движком). С развитием электронной промышленности помимо «классических» потенциометров появились также цифровые потенциометры. Такие потенциометры, как правило, представляют собой интегральные схемы, не имеющие подвижных частей и позволяющие программно регулировать собственное сопротивление с заданным шагом.
Ёмкостный датчик — преобразователь параметрического типа, в котором изменение измеряемой величины преобразуется в изменение ёмкости конденсатора.Специальная схема преобразует изменение ёмкости в пороговый сигнал датчика (например сухой контакт). В простейших датчиках это обычно мультивибратор, преобразователь «частота (или скважность)-напряжение» и компаратор. Иногда, если изменение ёмкости в ответ на воздействие невелико, приходится ставить схемы на микроконтроллерах, которые занимаются автоподстройкой.
В мире наиболее распространены два основных стандарта напряжения и частоты. Один из них — американский стандарт 100—127 вольт 60 герц, совместно с вилками A и B. Другой стандарт — европейский, 220—240 вольт 50 герц, вилки типов C — M.
Литцендрат (нем. Litzen — пряди и Draht — провод) — многожильный провод, каждая жила которого покрыта изолирующим лаком. Применяется для изготовления катушек индуктивности высокой добротности, обмоток электрических машин, аппаратов и приборов переменного тока высокой частоты.
Измери́тельная ли́ния — устройство для исследования распределения электрического поля вдоль СВЧ-линии передачи. Представляет собой отрезок коаксиальной линии или волновода с перемещающимся вдоль него индикатором, отмечающим узлы (пучности) электрического поля.
Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ) — устройство, предназначенное для преобразования углового положения дроссельной заслонки в напряжение постоянного тока. Является одним из датчиков электронных систем управления двигателем автомобиля с впрыском топлива.
Высокоимпедансное состояние, высокоомное состояние, Z-состояние или состояние «Выключено» — состояние вывода цифровой микросхемы, при котором сопротивление между её внутренней схемой, подключённой к данному выводу, и внешней схемой очень велико. Физически реализуется закрытым транзистором, работающим в ключевом режиме.
Для включения и отключения нагрузки (ламп накаливания, обмоток реле, электродвигателей и т.п.) зачастую используют тиристоры. Особенность этого вида полупроводниковых приборов и основное их отличие от транзисторов заключается в том, что они обладают двумя устойчивыми состояниями, без каких-либо промежуточных.
Это состояние «включено», когда сопротивление полупроводникового прибора минимально, и состояние «выключено», когда сопротивление тиристора максимально. В идеале эти сопротивления приближаются к нулю или бесконечности.
Для включения тиристора на его управляющий электрод достаточно хотя бы кратковременно подать управляющее напряжение. Отключить тиристор (запереть) можно кратковременным выключением питания тиристора, сменой полярности питающего напряжения либо уменьшением тока в нагрузке ниже тока удержания тиристора.
Обычно включают и отключают тиристорные коммутаторы двумя кнопками. Значительно меньшее распространение получили однокнопочные схемы управления тиристорами.
Здесь подробно рассмотрены методы однокнопочного управления тиристорными коммутаторами. Принцип работы тиристорных однокнопочных управляющих устройств основан на динамических зарядно-разрядных процессах в цепи управления тиристора [EW 4/01-299].
Схема однокнопочного управления тиристором
На рисунке 1 показана одна из простейших схем однокнопочного управления тиристорным коммутатором. В схеме (здесь и далее) используют кнопки без фиксации положения. В исходном состоянии нормально замкнутые контакты кнопки шунтируют цепь управления тиристором.
Сопротивление тиристора максимально, ток через нагрузку не протекает. Диаграммы основных процессов, протекающих в схеме на рис. 1, рассмотрены на рис. 2.
Для включения тиристора (ON) нажимают на кнопку SB1. При этом нагрузка оказывается подключенной к источнику питания через контакты кнопки SB1, а конденсатор С1 заряжается через резистор R1 от источника питания.
Скорость заряда конденсатора определяется постоянной времени цепи R1C1 (см. диаграмму). После того как кнопку отпустят, конденсатор С1 разряжается на управляющий электрод тиристора. Если напряжение на нем равно или превышает напряжение включения тиристора, тиристор отпирается.
Рис. 1. Принципиальная схема управления тиристором с помощью одной кнопки.
Рис. 2. Диаграммы основных процессов, протекающих в схеме с тиристором.
Отключить нагрузку (OFF) можно кратковременным нажатием на кнопку SB1. При этом конденсатор С1 не успевает зарядиться. Поскольку контакты кнопки шунтируют электроды тиристора (анод — катод), это равноценно отключению источника питания тиристора. В результате нагрузка будет отключена.
Следовательно, для включения нагрузки необходимо с большей продолжительностью нажать на управляющую кнопку, для отключения — еще раз кратковременно нажать ту же кнопку.
Простые силовые ключи на тиристорах
На рис. 3 и 4 показаны варианты схемной идеи, представленной на рис. 1. На рис. 3 использована цепочка последовательно соединенных диодов VD1 и VD2 для ограничения максимального напряжения заряда конденсатора.
Рис. 3. Вариант схемы управления тиристором одной кнопкой.
Это позволило заметно снизить рабочее напряжение (до 1,5. 3 В) и емкость конденсатора С1. В следующей схеме (рис. 4) резистор R1 включен последовательно с нагрузкой, что позволяет создать двухполюсный коммутатор нагрузки. Сопротивление нагрузки должно быть намного ниже, чем сопротивление R1.
Рис. 4. Схема электронного ключа на тиристоре с последовательным подключением нагрузки.
Тиристорный коммутатор с двумя кнопками
Тиристорное устройство управления нагрузкой (рис. 5) может быть использовано для включения и выключения нагрузки любой из нескольких последовательно включенных кнопок, работающих на разрыв цепи. Принцип действия тиристорного коммутатора заключается в следующем.
При включении устройства напряжение, подаваемое на управляющий электрод тиристора, недостаточно для его включения. Тиристор, и, соответственно, нагрузка отключены. При нажатии на любую из кнопок SB1 — SBn (и удержании ее нажатой) конденсатор С1 заряжается через резистор R1 от источника питания. Цепь управления тиристора и сам тиристор при этом отключены.
Рис. 5. Схема простого тиристорного коммутатора нагрузки с двумя кнопками.
После отпускания кнопки и восстановления цепи питания тиристора накопленная конденсатором С1 энергия оказывается приложенной к управляющему электроду тиристора. В результате разряда конденсатора через управляющий электрод тиристор включается, подсоединяя тем самым нагрузку к цепи питания.
Для отключения тиристора (и нагрузки) кратковременно нажимают на любую из кнопок SB1 — SBn. При этом конденсатор С1 не успевает зарядиться. В то же время цепь питания тиристора размыкается, тиристор запирается.
Величина резистора R2 зависит от напряжения питания устройства: при напряжении 15 В его сопротивление — 10 кОм при 9 В — 3,3 кОм при 5 6-1,2 кОм.
Схема с эквивалентом тиристора на транзисторах
При использовании вместо тиристора его транзисторного аналога (рис. 6) величина этого резистора меняется, соответственно, от 240 кОм (15 В) до 16 кОм (9 В) и до 4,7 кОм (5 В).
Рис. 6. Схема электронного коммутатора нагрузки с транзисторным эквивалентом тиристора.
Аналог многокнопочного переключателя на тиристорах
Тиристорное устройство, позволяющее создать аналог многокнопочного переключателя с зависимой фиксацией положения и использующее для управления кнопочные элементы, работающие без фиксации, показано на рис. 7. В схеме может быть использовано несколько тиристоров, однако, для упрощения схемы, на рисунке показано лишь два канала. Другие каналы коммутации могут быть подключены аналогично предыдущим.
Рис. 7. Принципиальная схема аналога многокнопочного переключателя с использованием тиристоров.
В исходном состоянии тиристоры заперты. При нажатии на кнопку управления, например, кнопку SB1, конденсатор С1 относительно большой емкости оказывается подключенным к источнику питания через диоды VD1 — VDm и сопротивления нагрузки всех каналов.
В результате заряда конденсатора возникает импульс тока, приводящий к кратковременному замыканию анодов всех тиристоров через соответствующие диоды VD1 — VDm на общую шину.
Любой из тиристоров, если он был включен, отключается. В то же время конденсатор накапливает энергию. После отпускания кнопки конденсатор разряжается на управляющий электрод тиристора, отпирая его.
Для включения любого другого канала нажимают соответствующую кнопку. Происходит отключение (сброс) ранее задействованной нагрузки и включение новой нагрузки. В схеме предусмотрена кнопка SB0 общего отключения всех нагрузок.
Многокнопочный переключатель с транзисторным аналогом тиристоров
Вариант схемы, выполненный на транзисторных аналогах тиристоров и диодно-емкостных зарядных цепочках с использованием малогабаритных конденсаторов, показан на рис. 8, 9.
Рис. 8. Схема эквивалентной замены тиристора транзисторами.
В схеме предусмотрена светодиодная индикация включенного канала. В этой связи максимальный ток нагрузки каждого из каналов ограничен значением 20 мА.
Рис. 9. Схема многокнопочного переключателя с транзисторным аналогом тиристоров.
Устройства, аналогичные представленным на рис. 7 - 9, а также на рис. 10 - 12, можно использовать для систем выбора программ радио- и телеприемников.
Недостатком схемных решений (рис. 7 - 9) является то, что в момент нажатия на любую из кнопок все нагрузки оказываются хотя бы на мгновение подключенными к источнику питания.
Схемы многопозиционных переключателей
На рис. 10 и 11 показан тиристорный коммутатор разрывного типа с неограниченным количеством последовательно включенных элементов.
При нажатии на одну из кнопок управления цепь питания аналогов тиристоров размыкается по постоянному току. Конденсатор С1 оказывается включенным последовательно с аналогом тиристора.
Рис. 10. Схема базового элемента для самодельного многопозиционного коммутатора нагрузки.
Рис. 11. Принципиальная схема самодельного многопозиционного коммутатора нагрузки.
Одновременно управляющее напряжение (нулевого уровня) через задействованную кнопку и резистор R2 (рис. 10) подается на управляющий электрод аналога тиристора.
Поскольку в первые мгновения при нажатии кнопки последовательно с аналогом тиристора оказывается включенным полностью разряженный конденсатор, такое включение равносильно короткому замыканию в цепи питания соответствующего тиристора. Следовательно, тиристор отпирается, включая тем самым соответствующую нагрузку.
При нажатии на любую другую кнопку ранее задействованный канал отключается, и включается другой канал. При длительном (порядка 2 сек) нажатии на любую из кнопок конденсатор С1 заряжается, что равнозначно размыканию цепи и приводит к запиранию всех тиристоров.
Схема усовершенствованного электронного переключателя
Рис. 12. Принципиальная схема тиристорного коммутатора для множества нагрузок.
В ряду тиристорных коммутаторов наиболее совершенной представляется схема, показанная на рис. 12. При нажатии кнопки управления возникает бросок тока, эквивалентный короткому замыканию.
Происходит отключение ранее задействованных тиристоров и включение тиристора, соответствующего нажатой кнопке. В схеме предусмотрена светодиодная индикация задействованного канала, а также кнопка общего сброса.
Вместо конденсаторов большой емкости могут быть использованы диодно-конденсаторные цепочки (рис. 12). Принцип действия схемы сохраняется. В качестве нагрузки можно использовать низковольтные реле, например, РМК 11105 сопротивлением 350 Ом на рабочее напряжение 5 В.
Резистор R1 ограничивает ток короткого замыкания и ток максимального потребления величиной 10. 12 мА. Количество каналов коммутации не ограничено.
Для включения и отключения нагрузки (ламп накаливания, обмоток реле, электродвигателей и т.п.) зачастую используют тиристоры. Особенность этого вида полупроводниковых приборов и основное их отличие от транзисторов заключается в том, что они обладают двумя устойчивыми состояниями, без каких-либо промежуточных. Это состояние «включено», когда сопротивление полупроводникового прибора минимально, и состояние «выключено», когда сопротивление тиристора максимально. В идеале эти сопротивления приближаются к нулю или бесконечности.
Для включения тиристора на его управляющий электрод достаточно хотя бы кратковременно подать управляющее напряжение. Отключить тиристор (запереть) можно кратковременным выключением питания тиристора, сменой полярности питающего напряжения либо уменьшением тока в нагрузке ниже тока удержания тиристора.
Обычно включают и отключают тиристорные коммутаторы двумя кнопками. Значительно меньшее распространение получили однокнопочные схемы управления тиристорами. В этой главе достаточно подробно рассмотрены методы однокнопочно-го управления тиристорными коммутаторами. Принцип работы тиристорных однокнопочных управляющих устройств основан на динамических зарядно-разрядных процессах в цепи управления тиристора [EW 4/01-299].
На рис. 17.1 показана одна из простейших схем однокно-почного управления тиристорным коммутатором. В схеме (здесь и далее) используют кнопки без фиксации положения. В исходном состоянии нормально замкнутые контакты кнопки шунтируют цепь управления тиристором. Сопротивление тиристора максимально, ток через нагрузку не протекает. Диаграммы основных процессов, протекающих в схеме на рис. 17.1, рассмотрены на рис. 17.2.
Для включения тиристора (ON) нажимают на кнопку SB1. При этом нагрузка оказывается подключенной к источнику питания через контакты кнопки SB1, а конденсатор С1 заряжается через резистор R1 от источника питания. Скорость заряда конденсатора определяется постоянной времени цепи R1C1 (см.
диаграмму). После того как кнопку отпустят, конденсатор С1 разряжается на управляющий электрод тиристора. Если напряжение на нем равно или превышает напряжение включения тиристора, тиристор отпирается.
Отключить нагрузку (OFF) можно кратковременным нажатием на кнопку SB1. При этом конденсатор С1 не успевает зарядиться. Поскольку контакты кнопки шунтируют электроды тиристора (анод — катод), это равноценно отключению источника питания тиристора. В результате нагрузка будет отключена.
Следовательно, для включения нагрузки необходимо с большей продолжительностью нажать на управляющую кнопку, для отключения — еще раз кратковременно нажать ту же кнопку.
На рис. 17.3 и 17.4 показаны варианты схемной идеи, представленной на рис. 17.1. На рис. 17.3 использована цепочка последовательно соединенных диодов VD1 и VD2 для ограничения максимального напряжения заряда конденсатора. Это позволило заметно снизить рабочее напряжение (до 1,5. 3 В) и емкость конденсатора С1. В следующей схеме (рис. 17.4) резистор R1 включен последовательно с нагрузкой, что позволяет создать двухполюсный коммутатор нагрузки. Сопротивление нагрузки должно быть намного ниже, чем сопротивление R1.
Тиристорное устройство управления нагрузкой (рис. 17.5) может быть использовано для включения и выключения нагрузки любой из нескольких последовательно включенных кнопок, работающих на разрыв цепи. Принцип действия тири-сторного коммутатора заключается в следующем. При включении устройства напряжение, подаваемое на управляющий электрод тиристора, недостаточно для его включения. Тиристор, и, соответственно, нагрузка отключены. При нажатии на любую из кнопок SB1 — SBn (и удержании ее нажатой) конденсатор С1 заряжается через резистор R1 от источника питания. Цепь управления тиристора и сам тиристор при этом отключены.
После отпускания кнопки и восстановления цепи питания тиристора накопленная конденсатором С1 энергия оказывается приложенной к управляющему электроду тиристора. В результате разряда конденсатора через управляющий электрод тиристор включается, подсоединяя тем самым нагрузку к цепи питания.
Для отключения тиристора (и нагрузки) кратковременно нажимают на любую из кнопок SB1 — SBn. При этом конденсатор С1 не успевает зарядиться. В то же время цепь питания тиристора размыкается, тиристор запирается. Величина резистора R2 зависит от напряжения питания устройства: при напряжении 15 В его сопротивление — 10 кОм при 9 В — 3,3 кОм при 5 6-1,2 кОм.
При использовании вместо тиристора его транзисторного аналога (рис. 17.6) величина этого резистора меняется, соответственно, от 240 кОм (15 В) до 16 кОм (9 В) и до 4,7 кОм (5 В).
Тиристорное устройство, позволяющее создать аналог многокнопочного переключателя с зависимой фиксацией положения и использующее для управления кнопочные элементы, работающие без фиксации, показано на рис. 17.7. В схеме может быть использовано несколько тиристоров, однако, для упрощения схемы, на рисунке показано лишь два канала. Другие каналы коммутации могут быть подключены аналогично предыдущим.
В исходном состоянии тиристоры заперты. При нажатии на кнопку управления, например, кнопку SB1, конденсатор С1 относительно большой емкости оказывается подключенным к источнику питания через диоды VD1 — VDm и сопротивления нагрузки всех каналов. В результате заряда конденсатора возникает импульс тока, приводящий к кратковременному замыканию анодов всех тиристоров через соответствующие диоды VD1 — VDm на общую шину. Любой из тиристоров, если он был включен, отключается. В то же время конденсатор накапливает энергию. После отпускания кнопки конденсатор разряжается на управляющий электрод тиристора, отпирая его. Для включения любого другого канала нажимают соответствующую кнопку. Происходит отключение (сброс) ранее задействованной нагрузки и включение новой нагрузки. В схеме предусмотрена кнопка SB0 общего отключения всех нагрузок.
Вариант схемы, выполненный на транзисторных аналогах тиристоров и диодно-емкостных зарядных цепочках с использованием малогабаритных конденсаторов, показан на рис. 17.8, 17.9. В схеме предусмотрена светодиодная индикация включенного канала. В этой связи максимальный ток нагрузки каждого из каналов ограничен значением 20 мА.
Устройства, аналогичные представленным на рис. 17.7 — 17.9, а также на рис. 17.10 — 17.12, можно использовать для систем выбора программ радио- и телеприемников. Недостатком схемных решений (рис. 17.7 — 17.9) является то, что в момент нажатия на любую из кнопок все нагрузки оказываются хотя бы на мгновение подключенными к источнику питания.
На рис. 17.10 и 17.11 показан тиристорный коммутатор разрывного типа с неограниченным количеством последовательно включенных элементов. При нажатии на одну из кнопок управления цепь питания аналогов тиристоров размыкается по постоянному току. Конденсатор С1 оказывается включенным последовательно с аналогом тиристора. Одновременно управляющее напряжение (нулевого уровня) через задействованную кнопку и резистор R2 (рис. 17.10) подается на управляющий электрод аналога тиристора.
Поскольку в первые мгновения при нажатии кнопки последовательно с аналогом тиристора оказывается включенным полностью разряженный конденсатор, такое включение равносильно короткому замыканию в цепи питания соответствующего тиристора. Следовательно, тиристор отпирается, включая тем самым соответствующую нагрузку.
При нажатии на любую другую кнопку ранее задействованный канал отключается, и включается другой канал. При длительном (порядка 2 сек) нажатии на любую из кнопок конденсатор С1 заряжается, что равнозначно размыканию цепи и приводит к запиранию всех тиристоров.
В ряду тиристорных коммутаторов наиболее совершенной представляется схема, показанная на рис. 17.12. При нажатии кнопки управления возникает бросок тока, эквивалентный короткому замыканию. Происходит отключение ранее задействованных тиристоров и включение тиристора, соответствующего нажатой кнопке. В схеме предусмотрена светодиодная индикация задействованного канала, а также кнопка общего сброса. Вместо конденсаторов большой емкости могут быть использованы диодно-конденсаторные цепочки (рис. 17.12). Принцип действия схемы сохраняется. В качестве нагрузки можно использовать низковольтные реле, например, РМК 11105 сопротивлением 350 Ом на рабочее напряжение 5 В.
Резистор R1 ограничивает ток короткого замыкания и ток максимального потребления величиной 10. 12 мА. Количество каналов коммутации не ограничено.
Описываемая ниже система коммутации представляет собой источник постоянного тока GB1 (батарею, аккумулятор или иной, например, сетевой источник питания напряжением от единиц до десятков вольт), последовательно ему включенные цепочку нормально замкнутых контактов (кнопок SB1–SBn), сопротивление нагрузки, например, лампу накаливания EL1, и, собственно, тиристорный коммутатор нагрузки (Рисунок 1).
| Рисунок 1. | Бистабильный тиристорный коммутатор нагрузки постоянного тока. |
В состав тиристорного коммутатора нагрузки входит накопитель энергии – конденсатор С1, заряжаемый от источника питания GB1 через цепочку нормально замкнутых кнопок SB1–SBn, сопротивление нагрузки EL1 и диод VD1. Транзистор VT1 выполняет роль управляющего элемента, запертого в случае, когда ток через сопротивление нагрузки минимален. Светодиод HL1 индицирует готовность устройства к работе.
При разрыве цепи питания одной из кнопок SB1–SBn конденсатор С1 через транзистор VT1 BC557 разряжается на управляющий переход тиристора VS1 2N6073, открывая его. Нагрузка EL1 подключается к источнику питания. Повторный разрыв цепи питания любой из кнопок SB1–SBn выключает тиристор и, соответственно, отключает нагрузку. Конденсатор С1 вновь зарядится, устройство вернется в состояние готовности.
Таким образом, кратковременное нажатие на нормально замкнутую кнопку, включённую последовательно с нагрузкой, подключает ее к источнику питания. Повторное нажатие на кнопку отключает нагрузку.
Максимальный ток через нагрузку для тиристора 2N6073 не должен превышать 4 А. Если необходимости в светодиодной подсветке нет, цепочку R1, HL1 можно заменить резистором сопротивлением 10–100 кОм.
К элементам схемы тиристорного коммутатора относятся:
VS1 и VS2 – два встречно-параллельно включённых тиристора;
VD1…VD4 – т.н. развязывающие диоды, предназначены для образования двух и
более цепей постоянного тока при питании этих цепей от одного источника постоянного тока;
R – токоограничивающий резистор в цепи тока управления тиристора, для получе-
ния необходимого значения тока управления ( десятки – сотни миллиампер ) при питании цепи управления напряжением в десятки и сотни вольт;
К – контакт реле, управляющий включением-выключением тиристоров ( катушка реле на схеме не показана ).
Для подготовки схемы к работе подают переменное напряжение на её выводы.
В исходном состоянии коммутатора контакт К1:1 реле разомкнут, поэтому тиристо
ры VS1 и VS2 заперты и ток не пропускают. Такое состояние тиристоров равнозначно раз
рыву цепи между точками «А» и «В».
Для включения коммутатора подают питание на катушку реле К1 ( катушка на схе
ме не показана ), при этом контакт К1:1 замыкается.
В условную положительную полуволну переменного напряжения сети полярность напряжения на выводах «А» и «В» такая: «плюс» на выводе «А», «минус» на выводе «В».
При такой полярности образуется цепь тока управления тиристора VS1:
«плюс» на выводе «А» - VD1 – K1:1 – R – VD4 – управляющий электрод VS1 – ка-
тод VS1 - «минус» на выводе «В».
Тиристор включается и становится диодом, пропуская через себя ток по цепи:
«плюс» на выводе «А» - анод VS1 – катод VS1 - «минус» на выводе «В».
Эта же полуволна напряжения удерживает тиристор VS2 закрытым, т.к. «плюс» на
выводе «А» приложен к катоду VS2, а «минус» на выводе «В» - к аноду VS2. т.е. анодное напряжение с такой полярностью является обратным для тиристора.
По этой же причине во вторую полуволну напряжения ( «плюс» в точке В, «минус» в точке А ) тиристор VS1 автоматически запирается, но возникает аналогичная цепь тока управления тиристора VS2:
«плюс» на выводе «В» - VD3 - R – K1:1 VD2 – управляющий электрод VS2 – катод
VS2 - «минус» на выводе «А».
Тиристор включается и становится диодом, пропуская через себя ток по цепи:
«плюс» на выводе «В» - анод VS2 – катод VS2 - «минус» на выводе «А».
Таким образом, напряжение сети автоматически поочерёдно переключает ( комму
тирует ) тиристоры, что равнозначно соединению накоротко выводов «А» и «В». Такую коммутацию тиристоров называют естественной.
Из сказанного следует, что тиристорный коммутатор подобен обычному медному
1. если тиристоры VS1 и VS2 закрыты, то цепь между точками А и В разорвана,
что равнозначно разомкнутому медному контакту;
2. если же тиристоры открыты, то цепь между точками А и В соединена через ти-
ристоры накоротко, что равнозначно замкнутому медному контакту;
На базе тиристорных коммутаторов были созданы тиристорные контакторы пере-
Тиристорным контактором называется схема, состоящая из 2-х тиристорных комму
таторов ТК1 и ТК2 , конструктивно объединенных в одном блоке ( корпусе ).( рис. 13.34 ).
Для контроля исправности тиристоров тиристорный контактор может дополняться
блоком контроля исправности тиристоров.
Рис. 13.34 Схема тиристорного контактора и блока контроля
Работа тиристорного контактора ТК1 ( ТК2 ) объяснена выше, поэтому объясним
Читайте также: