САЙТ КРЫЛОВА ПАВЛА
Главная
Схемы Ветрогенераторы Собаки Стройка Книги О сельском хозяйстве и прочем


СХЕМЫ---->
Полезная схемотехника. статьи № 1-50

Устройство для управления тиристорными преобразователями.

В. Ломанович

В последние годы отечественной промышленностью разработана и освоена большая серия кремниевых управляемых вентилей-тиристоров с номинальным напряжением от 50 до 1000 в и рабочим током от 1 до 300 а. Это позволяет широко использовать их при конструировании различных автоматических систем для управления производственными процессами.

Тиристоры все больше и больше применяют в различных устройствах для регулирования, преобразования и переключения как небольших, так и очень высоких уровней постоянного и переменного напряжения.

Особенно эффективно тиристоры работают в устройствах переменного тока, где можно обеспечить их автоматическое отключение во время мгновенного снижения синусоидального тока в каждый рабочий полупериод. В настоящее время тиристорные преобразователи получили широкое распространение в различных системах стабилизации и регулирования скорости асинхронных двигателей, напряжения выпрямительных устройств, тока дуговой сварки и гальванических ванн, температуры электропечей и термостатов и т. п.

Как правило, силовая часть подобных установок содержит исполнительный орган, выполненный на тиристорах, и устройство для автоматического или ручного управления ими. Разработан ряд устройств для включения тиристоров в различные сети переменного тока и управления их углом открывания.

Тиристорные преобразователи для однофазных сетей переменного тока выполняют на одном или двух тиристорах. Довольно большое распространение получило встречно-параллельное включение двух тиристоров (рис. 1а). Такое включение содержит минимальное количество вентильных элементов и может пропускать обе полуволны переменного тока. При наличии соответствующего устройства управлении встречно- параллельное включение тиристоров позволяет осуществлять полное регулирование действующего значения переменного тока в цепи нагрузки Rн.

Схема (рис. 1а) обладает высоким к. п. д., так как величина падения напряжения на тиристорах Т1 и Т2 не превышает 0,7—1,0 в.

Рис. 1. Основные схемы регуляторов с встречно-параллельным включением двух тиристоров (а), на одном тиристоре с диодным мостом (б), диодно-тиристорная (в)

Основные схемы регуляторов с встречно-параллельным включением двух тиристоров (а), на одном тиристоре с диодным мостом (б), диодно-тиристорная (в)

Тиристоры Т1 и Т2 как в прямом, так и в обратном направлении должны быть рассчитаны на полное напряжение сети. Среднее значение проходящего через один тиристор тока равно 0,45 его действующей величины, так как они включаются поочередно. Обязательным условием для работы схемы встречно-параллельного включения тиристоров является гальваническая развязка их цепей управления.

В схеме включения, приведенной на рис. 1б, используется лишь один тиристор Т1 подключенный к диагонали моста, составленного из четырех неуправляемых вентилей Д1 — Д4. Такая схема также пропускает обе полуволны тока к нагрузке Rн. Тиристор Т1 в этом случае оказывается защищенным от воздействия обратного напряжения диодами моста. Эти диоды выбираются с таким расчетом, чтобы их обратное напряжение было таким же, как и прямое напряжение тиристора Т1 и равнялось 1,41 действующего напряжения сети. Тиристор T1 должен быть рассчитан на номинальный ток, соответствующий 0,9 величины тока в нагрузке Rн так как через него последовательно проходят обе полуволны тока. Диоды Д1 — Д4 должны пропускать 0,45 величины действующего значения тока в нагрузке Rн. К недостаткам схемы рис. 1б следует отнести довольно значительные потери, в два-три раза превышающие потери в схеме рис. 1а.



Схема (рис. 1в) занимает промежуточное положение между схемами рис. 1а и рис. 1б. Тиристоры Т1 и Т2 в ней также защищены от воздействия обратного напряжения диодами Д1 — Д2. Среднее значение тока, протекающего через тиристоры и диоды, равно 0,45 величины от действующего значения тока в нагрузке Rн. Цепи управления тиристорами Т1 и Т2 могут быть объединены так, что включение их может осуществляться общим импульсом управления, поступающим одновременно на тиристоры Т1 и Т2.

При необходимости пропускания тока и напряжения более высоких, чем предельно допустимые для тиристоров данного типа, прибегают к параллельному или последовательному включению нескольких однотипных тиристоров. В этих случаях для выравнивания токов и напряжений, воздействующих на отдельные тиристоры схемы, используют выравнивающие активные или реактивные элементы, подключаемые последовательно с тиристорами при их параллельном соединении.

Для выравнивания напряжения при последовательном соединении тиристоров используют шунтирующие сопротивления и емкости или же включают параллельно с каждым тиристором высоковольтные симметричные кремниевые стабилитроны, которые ограничивают обе полуволны напряжения, воздействующего на тиристор. Во всех этих схемах неизбежны потери мощности в добавочных активных и реактивных элементах и рост прямого тока утечки тиристоров из-за шунтирующего действия включенных параллельно с ними сопротивлений. По этой причине и из-за высоких требований, предъявляемых к устройствам управления параллельно или последовательно включенными тиристорами, соединять их таким образом по возможности избегают, выбирая для исполнительного устройства соответствующий тип тиристора.

Следует указать также на то, что во всех случаях параллельного или последовательного включения нескольких тиристоров обязательным является их предварительный подбор. Они должны быть одного типа и класса и с минимальными расхождениями по обратному току и напряжению.

Для открывания тиристоров, включенных в цепь переменного тока, можно воспользоваться импульсным напряжением одинаковой частоты с анодным. Сдвигая момент подачи импульсов на управляющие электроды тиристоров во времени, можно и широких пределах регулировать угол отпирании тиристоров и соответственно мощность, подводимую к исполнительному органу установки. В настоящее время известны различные методы управления углом отпирания тиристоров:

амплитудный,
фазовый,
импульсно-фазовый и

вертикальный.

Последний обладает рядом преимуществ, так как обеспечивает высокий коэффициент передачи и безинерционность устройства управления.

Одной из наиболее популярных систем подобного рода является система, использующая вертикальный число-импульсный метод управления. Сущность его состоит в том, что управляющий сигнал постоянного тока воздействует на генератор пилообразного напряжения, управляющий триггером или мультивибратором. При запуске триггера возникает пачка коротких положительных импульсов, используемых для управления углом открывания тиристоров. Такая система обеспечивает надежное управление тиристорным устройством, исключающее возможность ложных срабатываний или отключений тиристоров. Длительность пачки импульсов, поступающих на электроды управления тиристоров, контролируется сигналом постоянного тока, поступающим от датчика.

Однако в ряде случаев при использовании подобных типовых устройств, например универсальной системы управления тиристорными преобразователями, разработанной Куйбышевским политехническим институтом (авторы Авдеев О. Н., Димов Э. М., Колесников К. Д. и Михайлов А. М.), встречается ряд трудностей.

Так, например, при большом сигнале рассогласования на входе устройства управления генератор импульсов запирается и подводимая к исполнительному органу установки мощность падает до нуля. То же самое наблюдается и при различных неисправностях и цепи сигнала управления (при обрыве или увеличении контактного сопротивления регулирующей цепи). Практически установка в этих случаях отключается, и может возникнуть аварийная ситуации.

Иногда из-за отсутствия защиты от серии неуправляемых импульсом, возникающих на выходе блока управления при случайном отключении или повреждении цепи питания, можно наблюдать резкие броски тока и перегорание плавких предохранителей в силовом блоке установки.

В описываемой полупроводниковой системе управления для тиристорных преобразователей предусмотрен ряд мер, позволяющих исключить вышеперечисленные недостатки. Блок-схема тиристорного регулятора для нагрузок переменного тока приведена на рис. 2.

Рис. 2. Блок-схема тиристорного регулятора для нагрузок переменного тока

Блок-схема тиристорного регулятора для нагрузок переменного тока

Регулятор состоит из тиристоров Т1, Т2, включенных встречно-параллельно по отношению друг к другу и последовательно с нагрузкой по переменному току Rн. Для защиты тиристоров от коммутационных перенапряжений параллельно с ними подключена цепочка R1С1. Управление углом открывания тиристоров Т1, Т2 обеспечивается блоком УУ. Оно может осуществляться ручным регулятором РР и с помощью сигнала рассогласования, подаваемого на вход усилителя постоянного тока УПТ.

При необходимости стабилизации какого-либо заданного параметра (например, напряжения на нагрузке Rн) в регулятор могут быть введены дополнительные узлы: источник опорного напряжения (стабилизированный выпрямитель), с выходным напряжением этого источника будет сравниваться напряжение на нагрузке Rн, поступающее через резисторы R2, R3 на вспомогательный выпрямительный мост Д1 — Д4.

Описанная установка обеспечивает регулировку величины среднего тока в нагрузке Rн в пределах от 0 до 100%. Она позволяет управлять объектами различных типов, так как величина регулируемой мощности определяется лишь напряжением сети и типом тиристоров (от 200 вт до 15—20 квт), а нагрузка Rн может быть как активного, так и активно-индуктивного характера.

Полная электрическая схема устройства управлений приведена на рис. 3.

Полная электрическая схема устройства управлений

Рис. 3, Электрическая схема устройства управления (транзистор Т12 типа п-р-п).При ручной регулировке база T14 подключается к движку R43, при автоматической — к минусу сигнала.

Нагрузкой устройства служит регулируемый выпрямитель, выполненный на силовом трансформаторе Тр3 и вентилях Д16, Д17. Регулируемым элементом служат два встречно-параллельно включенных тиристора Д14 и Д15, которые могут управлять средним током нагрузки до 20 а. При напряжении сети переменного тока 220 в предельная величина регулируемой мощности достигает 4—4,5 квт.

Полупроводниковое устройство управления тиристорами Д14 и Д15 построено по вертикальному число-импульсному методу на транзисторах Т1 — Т6. Мост Д1 — Д4 подключенный к обмотке II силового трансформатора Tp1, питает положительными синусоидальными импульсами базовую цепь транзистора Т1 генератора пилообразных импульсов (ГПИ). Когда на базу этого транзистора поступают выпрямленные синусоидальные импульсы с частотой 100 гц, то они закрывают его на весь период следования импульса. В это время происходит заряд конденсатора С1 через резистор R3. Когда амплитуда заряжающего импульса уменьшится до нуля, транзистор Т1 открывается и емкость C1 мгновенно разряжается через него. Таким образом на коллекторе этого транзистора формируются пилообразные импульсы с частотой 100 гц. Параметры пилообразного импульса определяются зарядно-разрядной цепочкой R3, С1.

Как только напряжение на конденсаторе С1 достигнет порога срабатывания первого триггера, выполненного на транзисторах Т2 и T3, он опрокидывается и на резисторе R14 формируется отрицательный импульс, длительность которого может меняться от 0 до Т/2, где Т — периоды частоты сети. Длительность отрицательного импульса определяется величиной управляющего напряжения на резисторе R4. Это напряжение поступает с выходного каскада усилителя постоянного тока (УПТ) через цепь резисторов R8 — R11 которая представляет собой пятиступенчатый ограничитель выходной мощности исполнительного устройства с плавной регулировкой ее в каждой ступени с помощью переменного резистора R29. Комбинируя положения переключателя В1 и положения движка резистора R29, можно устанавливать заданный предельный угол открывания тиристором Д14, Д15, независимо от величины сигнала на входе УПТ, т.е. производить грубую и плавную регулировку максимальной мощности на выходе объекта управления.

Триггер Шмитта на транзисторах T2, T3, работающий в режиме переключения, обеспечивает необходимую развязку между ГПИ и вторым триггером с эмиттерной связью, выполненным на транзисторах T4, Т5. Это исключает возможность потери управления при превышении определенного уровня сигнала рассогласования или неисправности сигнальной цепи. База транзистора Т2 подключена к выходу ГПИ, а коллектор T3 — к входной цепи генератора импульсов управления. Такая схема исключает возможность непосредственного воздействия сигнала рассогласования на входную цепь генератора импульсов управления, так как между ними включен промежуточный триггер (транзисторы T2, Т3). Режим работы импульсного генератора при этом не нарушается, потому что при любой величине сигнала рассогласования, поступающего с выхода УПТ, напряжение в коллекторной цепи T3 не сможет превысить определенной величины.

Транзисторы Т4 и T5 образуют триггер с эмиттерной связью, способный при запуске генерировать прямоугольные импульсы с частотой 2—3 кгц, длительностью фронта 1 —1,5 мкcек и скважностью 4-5. Время, в течение которого этот триггер генерирует импульсы, зависит от длительности импульса на коллекторе транзистора и может меняться от нуля до Т/2. С коллектора транзистора Т5 эти импульсы в отрицательной полярности поступают через цепь C3R21 на базу транзистора T6, работающего в ключевом режиме. Коллекторной нагрузкой транзистора Т6 служит первичная обмотка выходного трансформатора Тр2, со вторичных обмоток II и III которого генерируемые импульсы поступают на электроды управления тиристоров Д14 и Д15.

Диоды Д6, Д12 и Д13 необходимы для срезания положительных выбросов напряжения на коллекторе T6 и на управляющих электродах тиристоров. В качестве диодов Д12 - Д13 применены стабилитроны типа Д811, ограничивающие амплитуду импульсов управления на уровне 9—10 В. При наличии отводов во вторичных обмотках трансформатора Тр2 можно использовать в силовом блоке тиристоры различных типов.

Усилитель постоянного тока (УПТ) блока управления собран на транзисторах Т10 — Т14. Первые два каскада усилителя (транзисторы Т14, Т13) выполнены по схеме Дарлингтона, обладающей высоким входным (порядка 50 ком) и низким выходным (около 5—7 ом) сопротивлениями. Транзистор Т12 третьего каскада УПТ включен по схеме с общей базой, имеющей малое входное сопротивление и малый дрейф нуля. Установка рабочей точки усилителя производится с помощью переменного резистора R36, при вращении движка которого изменяется величина смещения на базе транзистора T12, что позволяет задавать необходимый режим работы УПТ по постоянному току. Дальнейшее усиление сигнала рассогласования производится в каскаде, выполненном на транзисторе T11. Выходной каскад усилителя транзистор T10 представляет собой эмиттерный повторитель. Коэффициент усиления УПТ — порядка 150, дрейф нуля равен 3,3 мкв/°С.

Импульсное устройство и УПТ питаются от стабилизированного мостового выпрямителя, выполненного на диодах Д7 — Д10, транзисторах Т7 — T9 и кремниевом стабилитроне Д11. Подбор выходного напряжения выпрямителя производится в период налаживания устройства управления путем регулировки сопротивления переменного резистора R27.

Детали описанного блока управления монтируют на гетинаксовых панелях способом печатного или навесного монтажа и панели при помощи опорных бобышек закрепляют в горизонтальном положении на дне общего стального корпуса размером 300X200X110 мм. В этом же корпусе устанавливают силовой трансформатор Тр1 и выходной трансформатор импульсного устройства Тр2.

Тиристоры Д14, Д15 вместе с резистором R41 и конденсатором С8 располагают на отдельной панели из изоляционного материала толщиной 5 мм размером 200X100 мм. Тиристоры снабжают стандартными восьмиреберными радиаторами размером 80X80X30 мм (в том случае, если предполагается работа устройства с меньшим максимальным током, размер радиаторов и общей панели этого блока может быть уменьшен). Детали фильтра радиопомех монтируют в двух стальных цилиндрах диаметром 60 мм и длиной 150 мм (при желании их можно разместить и в общем экране).

Детали импульсного устройства размещены на панели из гетинакса толщиной 2 мм, размером 240x80x2 мм, УПТ и стабилизированного выпрямители на таких же панелях размером 160x60 мм. В устройстве применяют постоянные резисторы МЛТ-0,5 (за исключением R41), переменные резисторы R27, R29, R36—СП-1, R39, R40 и R43 — проволочные ППЗ-11, конденсаторы С1, С2, С3 — бумажные КБГ-МП или металлобумажные МБМ, С4, С5, С6, С7— электролитические К50-6, С8— металлобумажный МБГТ, С9 — С12 — бумажные проходные КБП-Ф на ток 20 а с креплением фланцем.

Силовой трансформатор Тр1 выполнен на стальном сердечнике из пластин Ш-20, набор 50 мм. Первичная обмотка 1 содержит 960 витков провода ПЭЛ-1 0,33, обмотки II и III — по 32 витка провода ПЭЛ-1 0,2 и обмотка IV— 140 витков провода ПЭЛ-1 0,8. Если предполагается работа устройства в сети с напряжением 127 в, необходимо снабдить обмотку I отводом от 555-го витка. Обмотки выходного трансформатора Тр2 импульсного устройства намотаны на сердечнике из трансформаторной стали Ш-20, набор 20 мм. Первичная обмотка I содержит 300 витков провода ПЭВ-2 0,3, выходные обмотки II и III — по 500 витков провода ПЭВ-2 0,3 (для работы с тиристорами других типов от этих обмоток следует сделать отводы от 300 и 400 витков). Обмотки II и III должны быть очень хорошо изолированы от обмотки I и друг от друга, так как их подключают непосредственно к сети переменного тока напряжением 220 в.

Переключатель В1 — обычный одноплатный переключатель на 5 положений типа ПГК или ПГГ (или малогабаритный типа ПМ). В2 и В3 — тумблеры ТП 1/2, В4 — трехполюсный тумблер.

При налаживании описанного устройства управления следует руководствоваться табл. 1,

При налаживании описанного устройства управления следует руководствоваться табл. 1

в которой приведены величины постоянных напряжений на электродах всех транзисторов, и табл. 2,

даны значения переменных напряжений на электродах транзисторов Т1 — Т6.

где даны значения переменных напряжений на электродах транзисторов Т1 — Т6.

Измерения сделаны относительно «земли» универсальным ламповым вольтметром ВК7-9.

Налаживание начинают с регулировки стабилизированного выпрямителя на диодах Д7— Д10, которая в основном сводится к подбору оптимальной величины сопротивления резистора R22 с целью получения минимальной пульсации постоянного напряжения на выходе выпрямителя. Подбирая резистор R24, устанавливают заданный предел регулировки выходного напряжения выпрямителя переменным резистором R27. Для налаживания выпрямителя рекомендуется собрать небольшую вспомогательную установку, схема которой приведена на рис. 4а.

Рис. 4. Принципиальные схемы вспомогательного устройства (а) и калибровочной приставки (б)

Принципиальные схемы вспомогательного устройства (а) и калибровочной приставки (б)

Установив с помощью резистора R27 напряжение 15 в на выходе выпрямителя и с помощью резистора R2 вспомогательной установки ток 0,3 а в цепи ее нагрузки (R1, R2), следует убедиться, что заданный режим поддерживается сколь угодно долго без какой-либо подстройки. Предварительно следует произвести прогрев полупроводниковых элементов схемы выпрямителя в течение 10—15 мин., а также проверить, не перегревается ли мощный транзистор Т8 (П214), который должен находиться в стандартном десятиреберном радиаторе размером 60X50X25 мм.

Заданные рабочие параметры выпрямителя не должны изменяться более, чем на 0,1% при колебании питающего напряжения в пределах от +10 до —30% (проверить с помощью ЛАТР-1 или ЛАТР-2).

Убедившись в нормальной работе выпрямителя на диодах Д7 — Д10, переходят к налаживанию импульсного устройства (транзисторы Т1 — Т6). Для этого временно отсоединяют проводник, соединяющий диод Д5 с переключателем П1, и подключают к выводам резистора R4, как это показано на рис. 4б, источник постоянного тока, напряжение которого можно регулировать в пределах от 0 до 6 в. Настраивать импульсное устройство проще всего с помощью осциллографа (например, типа С1—5). Сначала его вход «Y» подключают к базе транзистора Т1. При нормальной работе форма напряжения в этой точке должна соответствовать форме напряжения, указанного на рис. 5а. Далее, для того чтобы убедиться в исправности генератора пилообразного напряжения (ГПИ), подключают вход «Y» осциллографа к коллектору транзистора Т1. Когда ГПИ работает нормально, транзистор Т1 закрывается положительными импульсами и открывается током, протекающим через резистор R2. Длительность пилообразных импульсов в цепи коллектора Т1 и базы Т2 находится в зависимости от величины управляющего напряжения, подводимого к выводам резистора R4. При изменении управляющею напряжения в пределах от 3 до 6 В длительность пилообразных импульсов должна изменяться от 1 до 0 (т. е. от Т/2 до 0, где Т — период частоты сети). На рис. 5 б показана форма пилообразного напряжения, наблюдаемого на экране осциллографа при

Рис. 5. Осциллограммы напряжений в характерных точках схемы устройства: на базе транзистора Т1 (а); пилообразного напряжения при различных значениях управляющего сигнала (б, в, г)

Осциллограммы напряжений в характерных точках схемы устройства

Uупр=3 в; на рис. 5 в — при
Uупр =4,5 в и на рис. 5 г — при Uупр = 5,5 в. При необходимости форму пилообразного напряжения корректируют, подбирая сопротивления резисторов R2 и R3 (в основном резистора R2).

После окончания регулировки ГПИ вход «Y» осциллографа присоединяют к коллектору транзистора T2, где образуются прямоугольные импульсы, длительность которых должна изменяться соответственно с длительностью пилообразных импульсов, поступающих, на базу транзистора Т2. При изменении величины управляющего напряжения на резисторе R4 изображение на экране электроннолучевой трубки осциллографа будет изменяться в соответствии с рис. 6 а, б и в.

Рис. 6. Осциллограммы напряжений на резисторе R4 при различных величинах управляющего сигнала (а, б, в)

Осциллограммы  напряжений на резисторе R4 при  различных величинах управляющего сигнала

Напряжение на коллекторе транзистора Т2 также будет скачкообразно меняться.

С коллектора транзистора Т2 через цепь R13C2 импульсное напряжение поступает на второй триггер, собранный на транзисторах T4, Т5. Параметры этого триггера подобраны таким образом, что на его выходе появляются прямоугольные импульсы с частотой 2,5—3,0 кгц только тогда, когда напряжение на коллекторе транзистора Т3 достигнет максимальной величины. Когда же напряжение на коллекторе T3 понизится, прямоугольные импульсы на выходе триггера (T4, Т5) будут отсутствовать. Таким образом, длительность серии импульсов на коллекторе транзистора T4 будет соответствовать длительности прямоугольного импульса на коллекторе транзистора Т3. На рис. 7 а, б и в показаны формы напряжений на коллекторе транзистора Т4 при различных управляющих напряжениях.

Рис. 7. Осциллограммы напряжений па коллекторе транзистора Т4 при различных значениях управляющего сигнала (а, б, в)

Осциллограммы напряжений па коллекторе транзистора Т4 при различных значениях управляющего сигнала

Такие же формы напряжений будут на коллекторе транзистора Т5, только в отрицательной полярности. Параметры триггера Т4, Т5 регулируют, подбирая резисторы R17 и R18.

С выхода триггера (Т4, Т5) импульсы управления через конденсатор С3 поступают на базу транзистора Т6, работающего в режиме переключения. Коллекторной нагрузкой этого транзистора служит первичная обмотка трансформатора Тр2. С обмоток II и III Тр2 серии импульсов поступают на управляющие электроды тиристоров Д14 и Д15. Фазирование выходных обмоток Тр2 осуществляется с помощью осциллографа. Для этого его вход «У» подключают поочередно к выводам вторичных обмоток II и III, отключив их предварительно от управляющих электродов тиристоров. Кремниевые стабилитроны Д12 и Д13 при этом должны быть также отключены. Определив полярность напряжения на выводах обмоток, их присоединяют с таким расчетом, чтобы на управляющие электроды тиристоров поступали импульсы положительной полярности. Не отключая осциллографа, припаивают к выводам обмоток II и III кремниевые стабилитроны Д2 и Д13. Амплитуда импульсного напряжения на выводах обмоток при этом не должна снижаться. При неверном подключении диодов величина импульсного напряжения на обмотках II и III резко упадет.

В заключение еще раз производят общую проверку работы всего импульсного устройства. Установив на выходе стабилизированного выпрямителя напряжение в пределах от 14 до 16 в, присоединяют параллельно резистору R4 батарею с переменным резистором так, как показано на рис. 4 б, и регулируют величину напряжения на резисторе R4 в пределах от 3,0 до 5,0 в. На коллекторе транзистора Т2 при этом должно происходить скачкообразное изменение напряжения с —12,6 В до —7,6 В.

При наладке импульсного устройства в качестве нагрузки Тр2 можно использовать обычные постоянные резисторы типа МЛТ-2,0 сопротивлением 150 ом, которые подключают параллельно обмоткам II и III трансформатора Тр2. Амплитуда импульсного напряжения на этих резисторах должна быть равной 7,5—8,0 В. Измерение производят с помощью электронного осциллографа (например, С1—5).

Убедившись в исправности импульсного устройства, переключают шунтирующие резисторы с обмоток II и III трансформатора Тр2 в цепь управляющих электродов тиристоров Д14 и Д15. Затем подключают тиристоры, последовательно которым присоединена какая-либо подходящая нагрузка (например, осветительная лампа мощностью 200—300 вт) к сети переменного тока и проверяют работу исполнительного органа установки. Вход осциллографа при этом должен быть присоединен к сопротивлению нагрузки. Изменяя управляющее напряжение на входе импульсного устройства в пределах от 3,0 до 5,0 В, наблюдают за характером изменения напряжения на нагрузке. Если будет отмечена несимметричность открывания тиристоров Д14 и Д15, дополнительно регулируют напряжения в цепи их управляющих электродов с помощью переменных резисторов R39 и R40.

Добившись четкой работы импульсного устройства, переходят к проверке и налаживанию УПТ (транзисторы Т10—Т14). Входные каскады УПТ (Т14 и Т13) в налаживании не нуждаются, следует только проверить их режимы по постоянному току, руководствуясь данными, приведенными в табл. 1.

Установив переключатель В2 в положение «ручн.» и регулируя сопротивление переменного резистора R43, подают на базу транзистора T14 постоянное напряжение — 3,0—3,1 в относительно «земли» и проверяют напряжения на всех электродах транзисторов Т10 — Т14 с помощью какого-либо электронного вольтметра (например, ВК7—9). Ориентировочные данные этих напряжений приведены в табл. 2.

Разброс этих напряжений может достигать величины ±20%. В случае значительных отклонений подбирают резисторы R31, R35 и R37 (ползунок переменного резистора R36 должен быть установлен в среднее положение).

Затем временно отсоединяют конденсатор С7 и подключают к выходу усилителя (эмиттеру транзистора Т10) вход «У» осциллографа (переменный резистор R29 от эмиттера транзистора Т10 временно отключают). От какого-либо подходящего генератора звуковой частоты (например, ГЗ-33) через экранированный кабель и конденсатор емкостью 0,01—0,1 мкф подают на вход УПТ напряжение 20—50 мв и частотой 400—1000 гц. Напряжение звукового генератора и чувствительность входа осциллографа регулируют таким образом, чтобы изображение синусоиды на экране не искажалось, а размеры его были удобны для наблюдения. Регулируя сопротивление переменного резистора R43, добиваются, чтобы не происходило ограничения синусоиды как в положительный, так и в отрицательный полупериод. В случае необходимости производят дополнительную корректировку с помощью переменного резистора R36. Постепенно увеличивая напряжение на входе УПТ и корректируя сопротивление резистора R36, добиваются симметричного ограничения сверху и снизу изображения синусоиды на экране осциллографа. Желательно, чтобы ручка управления переменного резистора R43 при этом находилась в среднем положении. Если это не получается — подбирают сопротивления постоянных резисторов R42 и R44 с таким расчетом, чтобы наивыгоднейший режим УПТ устанавливался в среднем или в близком к нему положен и и движка переменного резистора R43.

При налаживании УПТ следует учесть возможность небольшой дополнительной корректировки режима усилителя путем некоторого изменения (в ту или иную сторону) питающего напряжения с помощью переменного резистора R27, так как незначительные изменения этого напряжения не оказывают существенного влияния на работу импульсного устройства.

После установки режимов транзисторов T10—T14 и симметрирования входа УПТ устанавливают с помощью переменного резистора R43 величину напряжения смещения на базе транзистора T14 в пределах 3,7—3,8 в. При этом на выходе усилителя должно быть напряжение порядка 5,4 в, а колебания напряжения на входе УПТ на ±25—30 мв должны вызывать изменения выходного напряжения от 3 до 5,5—6,0 в. Общий коэффициент усиления правильно налаженного УПТ Кмакс=140—150.

При наличии достаточно мощного сигнала управления или отсутствии необходимости в автоматическом поддержании заданного режима в нагрузке Rн можно исключить УПТ из устройства управления. Устройство управления при этом значительно упрощается, так как при ручном регулировании ползунок переменного резистора может быть непосредственно соединен со ступенчатым ограничителем выхода (переключатель В1) и отпадает надобность в усилителе на транзисторах Т10 — Т14.

Если же по условиям работы тиристорного преобразователя необходимо обеспечить более точное автоматическое поддержание рабочего режима в нагрузке Rн, то вместо делителя напряжения R42 — R44 используют во входной цепи УПТ отдельный источник опорного напряжения, который позволяет к тому же при необходимости получать также обратную характеристику цепи управления (т. е. нарастание тока в нагрузке Rн при снижении управляющего сигнала). Схема источника опорного напряжения приведена на рис. 8.

Рис. 8. Принципиальная схема источника опорного напряжения

Принципиальная схема источника опорного напряжения

Он представляет собой стабилизированный выпрямитель, выполненный по мостовой схеме на диодах Д1 — Д4 и кремниевом стабилитроне Д5 (Д814А). К выходу выпрямителя подключен делитель напряжения на резисторах R3-R5. При повороте движка переменного резистора R4 из одного крайнего положения в другое напряжение между ним и «землей» должно плавно меняться в пределах ОТ 0,5 до 5,0 В без каких-либо провалов и скачков. Для питания моста Д1—Д4 на трансформаторе Тр1 (см. рис.3) следует намотать добавочную обмотку V из 80 витков провода ПЭЛ-2 0,2.

Выход стабилизированного выпрямителя подключают последовательно с сигналом ко входу УПТ и используют переменный резистор R4 для ручной регулировки напряжения на нагрузке Rн.

Для защиты тиристорного преобразователя от перегрузок и коротких замыканий можно применить устройство, показанное на рис. 9, которое представляет собой триггер с эмиттерной связью, выполненный на транзисторах Т2, Т3.

Рис. 9. Принципиальная схема защитного устройства. Здесь Rн—100, Д6, Д7 типа КУ202Н.

 Принципиальная схема защитного устройства. Здесь Rн—100, Д6, Д7 типа КУ202Н.

Его включают между триггерами, выполненными на транзисторах Т2, Т3 и Т4, Т5 импульсного устройства (см. рис. 3).

Режим дополнительного триггера устанавливают с таким расчетом, чтобы при подаче питания на устройство управления он опрокидывался и переходил в первое устойчивое состояние, когда транзистор Т2 закрыт, а Т3 открыт (см. рис. 9). Для управления дополнительным триггером служат трансформатор тока Тр1 и выпрямительный мост на диодах Д1—Д4.
Если рабочий ток в цепи нагрузки Rн не превышает 10 а, то можно воспользоваться обычным типовым трансформатором тока 0—49У, заводской № 1РФ. 760. 164. Первичную обмотку трансформатора Тр1 подключают последовательно к сопротивлению нагрузки Rн и блоку тиристоров Д6—Д7, к сети переменного тока напряжением 220 в.

Обмотка II трансформатора Тр1 нагружена выпрямительным мостом Д1 — Д4, с диагонали которого снимается управляющее напряжение, поступающее на вход триггера (T2, Т3).

Сопротивление нагрузочного резистора R5, подключенного параллельно входу триггера Т2 — T3, подбирают таким образом, чтобы снимаемое с него сигнальное напряжение было недостаточно для переброски триггера в другое устойчивое состояние при нормальном рабочем режиме в цепи нагрузки Rн, когда ток в цепи исполнительного органа преобразователя не превышает расчетной величины.

При коротком замыкании в цепи переменного тока или резком увеличении тока, потребляемого нагрузкой Rн, напряжение на вторичной обмотке Тр1 и на входе триггера (Т2, T3) возрастает. Триггер опрокидывается и переходит во второе устойчивое состояние, когда транзистор Т1 открыт, а Т2 закрыт. Открывшийся транзистор Т2 шунтирует генератор импульсов управления и установка отключается от сети. Триггер (Т2— T3) может находиться в таком состоянии сколь угодно долго. Чтобы вернуть схему в исходное положение, необходимо выключить напряжение питания устройства управления, чтобы при последующем его включении триггер Т2 — T3 перешел в исходное состояние.

Если предполагается работа с большими максимальными токами в цепи нагрузки Rн, заменяют трансформатор тока другим, более мощным. Например, при токах до 15 а можно использовать трансформатор типа 0—49У, заводской № 1РФ.760.165, при токах до 20 а — такой же трансформатор с заводским № 1РФ.760.166. и т. д.


altay-krylov@yandex.ru