Управление симистором

Управление тринисторами и симисторами

Управление тринисторами и симисторами

Самый простой способ управления тиристорами - это подача на управляющий электрод прибора постоянного тока с величиной, необходимой для его включения (рис. 1). Ключ SA1 на рис. 1 и на последующих рисунках - это любой элемент, обеспечивающий замыкание цепи: транзистор, выходной каскад микросхемы, оптрон и др. Этот способ прост и удобен, но обладает существенным недостатком - требуется довольно большая мощность управляющего сигнала. В табл. 1 приведены наиболее важные параметры для обеспечения надежного управления некоторыми самыми распространенными тиристорами (три первых позиции занимают тринисторы, остальные - симисторы). При комнатной температуре для гарантированного включения перечисленных тиристоров требуется ток управляющего электрода Iу вкл равный 70-160 мА. Следовательно, при напряжении питания, типовом для собранных на микросхемах узлов управления (10-15 В), требуется постоянная мощность 0,7-2,4 Вт.

Отметим, что полярность управляющего напряжения для тринисторов положительная относительно катода, а для симисторов - или отрицательная для обоих полупериодов, или совпадающая с полярностью напряжения на аноде. Также можно добавить, что часто в соответствии с указаниями по применению требуется шунтирование управляющего перехода тринисторов сопротивлением 51 Ом (R2 на рис. 1) и не требуется никакого шунтирования для симисторов.

Реальные величины тока управляющего электрода, достаточного для включения тиристора, обычно меньше цифр, приведенных в табл. 1, поэтому нередко идут на его снижение относительно гарантированных значений: для тринисторов - до 7-40 мА, для симисторов - до 50-60 мА. Такое снижение часто приводит к ненадежной работе устройств, и необходимости предварительной проверки или же подбора тиристоров. Уменьшение управляющего тока также может приводить к возникновению помех радиоприему, поскольку включение тиристоров при малых токах управляющего электрода происходит при относительно большом напряжении на аноде - несколько десятков вольт, что приводит к броскам тока через нагрузку и, следовательно, к мощным помехам.

Недостатком управления тиристорами постоянным током является гальваническая связь источника управляющего сигнала и сети. Если в схеме с симистором (рис. 1, б) при соответствующем включении сетевых проводов источник управляющего сигнала можно соединить с нулевым проводом, то при использовании тринистора (рис 1, а) такая возможность возникает лишь при исключении выпрямительного моста VD1-VD4. Последнее приводит к однополупериодной подаче напряжения на нагрузку и двукратному уменьшению поступаемой в нее мощности.

В настоящее время в связи с большой потребляемой мощностью запуск тиристоров постоянным током при бестрансформаторном питании пусковых узлов (с гасящим резистором или конденсатором) практически не используется.

Одним из вариантов снижения потребляемой узлом управления мощности является использование вместо постоянного тока непрерывной последовательности импульсов с относительно большой скважностью. Поскольку время включения типовых тринисторов составляет 10 мкс и менее, можно подавать на их управляющий электрод импульсы такой же длительности со скважностью, например, 5-10-20, что соответствует частоте 20-10-5 кГц. В этом случае потребляемая мощность также уменьшается в 5-10-20 раз соответственно.

Однако при таком способе управления выявляются некоторые новые недостатки. Во-первых, теперь тиристор включается не в самом начале полупериода сетевого напряжения, а в произвольные моменты времени, отстоящие от начала полупериода на время, не превышающее периода запускающих импульсов, т. е. 50-100-200 мкс.
За это время напряжение сети может возрасти примерно до 5-10-20 В. Это приводит к возникновению помех радиоприему и к некоторому уменьшению выходного напряжения, впрочем, малозаметному.

Существует еще одна проблема. Если при включении в начале полупериода во время действия запускающего импульса ток через тиристор не достигнет тока удержания (Iуд, табл. 1), тиристор после окончания импульса выключится. Следующий импульс вновь включит тиристор, и он не выключится лишь в том случае, если к моменту окончания импульса ток через него будет больше тока удержания. Таким образом, ток через нагрузку сначала будет иметь вид нескольких коротких импульсов и лишь потом - синусоидальную форму.
Если же нагрузка имеет активноиндуктивный характер (например, электродвигатель), ток через нее за время действия короткого включающего импульса может не успеть достичь величины тока удержания, даже когда мгновенное напряжение в сети максимально. Тиристор после окончания каждого импульса будет выключаться. Этот недостаток ограничивает снизу длительность запускающих импульсов и может свести на нет уменьшение потребляемой мощности.

Применение импульсного запуска облегчает гальваническую развязку между узлом управления и сетью, ибо ее может обеспечить даже небольшой трансформатор с коэффициентом трансформации, близким к 1:1. Его обычно наматывают на ферритовом кольце диаметром 16-20 мм с тщательно выполненной изоляцией между обмотками. Следует предостеречь от применения малогабаритных импульсных трансформаторов промышленного изготовления. Как правило, они имеют низкое напряжение изоляции (около 50-100 В) и могут служить причиной поражения электрическим током, если при использовании прибора будет считаться, что цепь управления изолирована от сети.

Снижение требуемой при импульсном управлении мощности и возможность введения гальванической развязки позволяют применить в узлах управления тиристорами бестрансформаторное питание.

Третий широко распространенный способ управления тиристорами - подача на управляющий электрод сигнала с его анода через ключ и ограничительный резистор (рис. 2). В таком узле ток через ключ протекает в течение нескольких микросекунд, пока включается тиристор, если напряжение на аноде достаточно велико. В качестве ключей используют малощумящие электромагнитные реле, высоковольтные биполярные транзисторы, фотодинистры или фотосимисторы (схемы на рис. 2 соответственно). Способ прост и удобен, некритичен к наличию у нагрузки индуктивной составляющей, но имеет недостаток, на который нередко не обращают внимания.

Недостаток связан с противоречивостью требований к ограничительному резистору R1. С одной стороны, его сопротивление должно быть как можно меньше, чтобы включение тиристора происходило как можно ближе к началу полупериода сетевого напряжения. С другой стороны, при первом открывании ключа, если оно не синхронизировано с моментом прохождения сетевого напряжения через нуль, напряжение на резисторе R1 может достигать амплитудного напряжения сети, т. е. составлять 310-350 В. Импульс тока через этот резистор не должен превышать допустимых значений для ключа и управляющего перехода тиристора. В табл. 2 приведены некоторые параметры наиболее часто применяемых отечественных фототиристоров (приборы серий АОУ103/3ОУ103 и АОУ115 - фотодинисторы, АОУ - фотосимисторы). Исходя из значений максимально допустимого импульсного тока управления (табл. 1) и максимального импульсного тока через ключ (табл. 2), можно для каждой конкретной пары приборов определить минимально допустимое сопротивление ограничительного резистора. Например, для пары КУ208Г (Iу, вкл макс = 1 А) и АОУ160А (Iмакс, имп = 2 А) можно выбрать R1 = 330 Ом. Если ток управляющего электрода, при котором происходит включение симистора, соответствует его максимальному значению 160 мА, симистор будет включаться при напряжении на аноде равном 0,16ћ330 = 53 В.

Как и в случае с подачей управляющих импульсов относительно большой скважности, это приводит к возникновению помех и к некоторому уменьшению выходного напряжения. Поскольку реальная чувствительность тиристоров по управляющему электроду обычно лучше, задержка открывания тиристора относительно начала полупериода меньше рассчитанной выше предельной величины.

Сопротивление ограничивающего резистора R1 может быть уменьшено на величину сопротивления нагрузки, поскольку в момент включения они включены последовательно.
Более того, если нагрузка имеет гарантированно индуктивно-резистивный характер, можно еще более уменьшить сопротивление указанного резистора. Однако если нагрузкой являются лампы накаливания, надо помнить, что их холодное сопротивление примерно в десять раз меньше рабочего.

Следует также иметь ввиду, что включающий ток симисторов имеет разную величину для положительной и отрицательной полуволн сетевого напряжения. Поэтому в выходном напряжении мо жет появиться небольшая постоянная составляющая.

Из фотодинисторов серии АОУ103/3ОУ103 для управления тиристорами в сети 220 В по максимально допустимому напряжению подходят только 3ОУ103Г, однако неоднократно проверено, что и АОУ103Б и АОУ103В годятся для работы в этом режиме.

Различие между приборами с индексами Б и В заключается в том, что подача напряжения обратной полярности на АОУ103Б не допускается. Аналогично и различие между АОУ115Г и АОУ115Д: приборы с индексом Д допускают подачу обратного напряжения с индексом Г - нет.

Существенного сокращения потребляемой цепями управления мощности можно добиться, если включать ток управляющего электрода в момент включения тиристора. Два варианта схем узлов управления, обеспечивающих такой режим, приведены на рис. 3.

Включение тринистора в схеме на рис. 3, а происходит в момент замыкания контактов ключа SA1. После включения тринистора элемент DD1.1 выключается, и ток управляющего электрода прекращается, что существенно экономит потребление по цепи управления. Если напряжение на тринисторе в момент включения SA1 будет меньше порога переключения DD1.1, тринистор не включится, пока напряжение на нем не достигнет этого порога, т. е. не станет несколько более половины напряжения питания микросхемы. Регулировать пороговое напряжение можно подбором сопротивления нижнего плеча делителя резистора R6. Резистор R2 обеспечивает низкий логический уровень на входе 1 элемента DD1.1 при закрывании тринистора VS1 и диодного моста VD2.

Для аналогичного включения симистора необходим узел двуполярного управления элементом совпадения DD1.1 (рис. 3, б). Этот узел собран на транзисторах VT1, VT2 и резисторах R2-R4. Транзистор VT1 включен по схеме с общей базой, и напряжение на его коллекторе становится по модулю меньше порога переключения элемента DD1.1, когда напряжение на аноде симистора VS1 положительно относительно катода и превышает его примерно на 7 В. Аналогично транзистор VT2 входит в насыщение, когда отрица тельное напряжение на аноде становится по модулю больше -6 В.

Такой узел выделения момента прохождения напряжения через нуль широко применяется в различных разработках. При всей кажущейся привлекательности узлы, выполненные по схемам, приведенным на рис. 3, и им аналогичные, обладают существенным недостатком: если по какойлибо причине тиристор не включится, ток через его управляющий электрод будет идти неопределенно долго. Поэтому необходимо предпринимать специальные меры по ограничению длительности импульса или рассчитывать источник питания на полный ток, т. е. на такую же мощность, как и для узлов по схеме на рис. 1.

Наиболее экономичные схемы управления используют формирование одиночного включающего импульса вблизи перехода сетевого напряжения через нуль. Две несложных схемы таких формирователей приведены на рис. 4, а временные диаграммы их работы - на рис. 5 (а и б соответственно). Недостатком, впрочем совершенно несущественным в большинстве случаев, является то, что первое включение происходит не в самом начале полупериода сетевого напряжения, а в самом конце того, во время которого был замкнут ключ SA1.

Двойная длительность включающего импульса 2Т0 определяется порогом переключения элемента ИЛИ НЕ с учетом делителя R2R3 (рис. 4, а) или порогом формирователя на VT1, VT2 (рис. 4, б), и рассчитывается по формуле

Скорость изменения сетевого напряжения при переходе через нуль

и при Uпор = 50 В двойная длительность составит 2Т0 = 1 мс. Скважность импульсов равна 10, и средний потребляемый ток в 10 раз меньше амплитудного значения, необходимого для надежного включения тиристора.

Минимальная длительность включающего импульса определяется тем, что он должен оканчиваться не ранее, чем ток через нагрузки достигнет тока удержания тиристора. Например, если нагрузка имеет мощность 200 Вт (Rн = 2202/200 = 242 Ом), а ток удержания симистора КУ208 - 150 мА, то этот ток достигается при мгновенном напряжении в сети 242x0, 15 = 36 В, т. е. при скорости нарастания 100 В/мс окончание импульса запуска должно быть не ранее, чем через 360 мкс от момента перехода напряжения через нуль. Снизить потребляемую мощность еще примерно в десять раз можно за счет подачи на третий вход элементов ИЛИ - НЕ схем на рис. 4 непрерывной последовательности импульсов (показано штриховыми линиями), как это было упомянуто в начале статьи применительно к узлам по схемам на рис. 1. При этом проявляются те же недостатки, что и при непрерывной подаче импульсов на управляющий электрод.

Для уменьшения потерь мощности можно сформированный в узлах по схемам на рис. 4 импульс, продифференцировать его, и продифференцированный задний фронт использовать как запускающий для тиристора (рис. 6). Параметры этого запускающего импульса Ти следует выбирать так. Он должен начинаться как можно раньше после прохождения сетевого напряжения через нуль, чтобы бросок тока через нагрузку в момент включения в начале каждого полупериода был бы минимальным и минимальными были бы помехи и потери мощности. Здесь ширина импульса, формируемого в момент прохождения напряжения сети через нуль, ограничена снизу только временем перезаряда дифференцирующей цепи C1R7 и может быть достаточно малой, но конечной. Оканчиваться импульс должен, как и для предыдущего варианта, не ранее, чем когда ток через нагрузку достигнет тока удержания тиристора.

Схема узла, формирующего импульс включения тиристора точно в момент перехода сетевого напряжения через нуль, приведена на рис. 7, а, а временная диаграмма его работы - на рис. 7, б.

Цепь из резисторов R1-R3 и элемента DD1.1 формирует короткие импульсы (60-100 мкс) в момент перехода сетевого напряжения через нуль. Эти импульсы заряжают конденсатор С1 до напряжения питания. Конденсатор относительно медленно разряжается через резистор R4, и на выходе DD1.2 формируется импульс отрицательной полярности с длительностью, определяемой постоянной времени цепочки R4C1. При указанных на схеме номиналах длительность импульса составляет примерно 400 мкс. Схема узла управления симистором с близкими параметрами приведена на рис. 8.

При работе узлов по схемам на рис. 7 и 8 подача на управляющий электрод импульса включения спрямляет выходную характеристику тиристора в момент прохождения сетевого напряжения через нуль и при правильно выбранной длительности импульса удерживает тиристор во включенном состоянии до момента достижения тока удержания даже при наличии небольшой индуктивной составляющей нагрузки. Источник питания таких узлов может быть собран по бестрансформаторной схеме с гасящим резистором или, что еще лучше, конденсатором. Помех радиоприему такое включение тиристоров не создает и может быть рекомендовано для всех случаев управления нагрузками с малой индуктивной составляющей.

Если же нагрузка имеет выраженный индуктивный характер, можно рекомендовать схемы управления, приведенные на рис. 2. Для уменьшения помех радиоприему необходимо включение в сетевые провода помехоподавляющих фильтров, а если провода от регулятора до нагрузки имеют заметную длину, то и в эти провода тоже.

Выше были рассмотрены варианты управления тиристорами при их использовании в качестве ключей. При фазоимпульсном управлении мощностью нагрузок можно использовать описанные выше схемотехнические решения по формированию импульсов в моменты перехода сетевого напряжения через нуль для запуска времязадающего узла запуска тиристора. Отметим, что такой узел должен давать стабильную задержку включения тиристора, не зависящую от напряжения сети и температуры, а длительность формируемого импульса должна обеспечить достижение тока удержания независимо от момента включения нагрузки в пределах полупериода.

*****

Простые способы управления тиристорами и симисторами

Самый простой способ управления тиристорами - это подача на управляющий электрод прибора постоянного тока с величиной, необходимой для его включения (рис. 1). Ключ SA1 на рис. 1 и на последующих рисунках - это любой элемент, обеспечивающий замыкание цепи: транзистор, выходной каскад микросхемы, оптрон и др. Этот способ прост и удобен, но обладает существенным недостатком - требуется довольно большая мощность управляющего сигнала. При комнатной температуре для гарантированного включения некоторых тиристоров требуется ток управляющего электрода Iу вкл равный 70-160 мА. Следовательно, при напряжении питания, типовом для собранных на микросхемах узлов управления (10-15 В), требуется постоянная мощность 0,7-2,4 Вт.

Управление симистором
Управление симистором

Отметим, что полярность управляющего напряжения для тринисторов положительная относительно катода, а для симисторов - отрицательная для обоих полупериодов, или совпадающая с полярностью напряжения на аноде. Также можно добавить, что часто в соответствии с указаниями по применению требуется шунтирование управляющего перехода тиристоров сопротивлением 51 Ом (R2 на рис. 1) и не требуется никакого шунтирования для симисторов.

Реальные величины тока управляющего электрода, достаточного для включения тиристора, обычно меньше, поэтому нередко идут на его снижение относительно гарантированных значений: для тиристоров до 7-40 мА, для симисторов до 50-60 мА. Такое снижение часто приводит к ненадежной работе устройств, и необходимости предварительной проверки или же подбора тиристоров. Уменьшение управляющего тока также может приводить к возникновению помех радиоприему, поскольку включение тиристоров при малых токах управляющего электрода происходит при относительно большом напряжении на аноде - несколько десятков вольт, что приводит к броскам тока через нагрузку и, следовательно, к мощным помехам.

Недостатком управления тиристорами постоянным током является гальваническая связь источника управляющего сигнала и сети. Если в схеме с симистором (рис. 1, б) при соответствующем включении сетевых проводов источник управляющего сигнала можно соединить с нулевым проводом, то при использовании тринистора (рис 1, а) такая возможность возникает лишь при исключении выпрямительного моста VD1-VD4. Последнее приводит к однополупериодной подаче напряжения на нагрузку и двукратному уменьшению поступаемой в нее мощности.

Одним из вариантов снижения потребляемой узлом управления мощности является использование вместо постоянного тока непрерывной последовательности импульсов с относительно большой скважностью. Поскольку время включения типовых тринисторов составляет 10 мкс и менее, можно подавать на их управляющий электрод импульсы такой же длительности со скважностью, например, 5-10-20, что соответствует частоте 20-10-5 кГц. В этом случае потребляемая мощность также уменьшается в 5-10-20 раз соответственно. При таком способе управления выявляются некоторые новые недостатки:
теперь тиристор включается не в самом начале полупериода сетевого напряжения, а в произвольные моменты времени, отстоящие от начала полупериода на время, не превышающее периода запускающих импульсов, т. е. 50-100-200 мкс.
За это время напряжение сети может возрасти примерно до 5-10-20 В. Это приводит к возникновению помех радиоприему и к некоторому уменьшению выходного напряжения, впрочем, малозаметному.
Если при включении в начале полупериода во время действия запускающего импульса ток через тиристор не достигнет тока удержания то тиристор после окончания импульса выключится. Следующий импульс вновь включит тиристор, и он не выключится лишь в том случае, если к моменту окончания импульса ток через него будет больше тока удержания. Таким образом, ток через нагрузку сначала будет иметь вид нескольких коротких импульсов и лишь потом - синусоидальную форму.
Если же нагрузка имеет активноиндуктивный характер (например, электродвигатель), ток через нее за время действия короткого включающего импульса может не успеть достичь величины тока удержания, даже когда мгновенное напряжение в сети максимально, тиристор после окончания каждого импульса будет выключаться. Этот недостаток ограничивает длительность запускающих импульсов и может свести на нет уменьшение потребляемой мощности.

Применение импульсного запуска облегчает гальваническую развязку между узлом управления и сетью, ибо ее может обеспечить даже небольшой трансформатор с коэффициентом трансформации, близким к 1:1. Его обычно наматывают на ферритовом кольце диаметром 16-20 мм с тщательно выполненной изоляцией между обмотками. Следует предостеречь от применения малогабаритных импульсных трансформаторов промышленного изготовления. Как правило, они имеют низкое напряжение изоляции (около 50-100 В) и могут служить причиной поражения электрическим током, если при использовании прибора будет считаться, что цепь управления изолирована от сети.

Управление симистором

Снижение требуемой при импульсном управлении мощности и возможность введения гальванической развязки позволяют применить в узлах управления тиристорами бестрансформаторное питание.

Третий широко распространенный способ управления тиристорами - подача на управляющий электрод сигнала с его анода через ключ и ограничительный резистор. В таком узле ток через ключ протекает в течение нескольких микросекунд, пока включается тиристор, если напряжение на аноде достаточно велико. В качестве ключей используют малощумящие электромагнитные реле, высоковольтные биполярные транзисторы, фотодинистры или фотосимисторы (схемы на рис. 2 соответственно). Способ прост и удобен, некритичен к наличию у нагрузки индуктивной составляющей, но имеет недостаток, на который нередко не обращают внимания.

*****

Управление симистором: управление мощной нагрузкой на переменном токе

С целью коммутации нагрузок в цепях переменного тока удобно использовать симисторы. представляющие собой разновидность тиристора, однако отличающиеся от тиристора возможностью в открытом состоянии проводить ток обоих направлений.

Управление симистором

Первые конструкции симисторов рассматривались уже в 1963 году, тогда например Мордовский научно-исследовательский электротехнический институт уже подал заявку на патент на симметричный тиристор (Патент SU 349356 A, Думаневич А.Н. и Евсеев Ю.А.), а General Electric занимались коммерческим внедрением того же изделия под названием «Triac» на западе.

Управление симистором

Тогда как у тиристора имеются четко определенные катод, анод и управляющий электрод, у симистора катод и анод в процессе его работы меняются местами, в зависимости от направления тока в текущий момент.

Безусловно, сигнал на управляющий электрод (затвор) симистора подается всегда относительно конкретного условного катода, но ток через открытый симистор может течь в любом направлении, и в этом смысле симистор в открытом состоянии можно рассматривать как два диода. включенные встречно-параллельно.

Симистор отличается пятислойной структурой полупроводника. Эквивалентно более точно его можно представить в виде двух триодных тиристоров, включённых встречно-параллельно, причем управляющий электрод, в отличие от тиристора, здесь только один.

Управление симистором

Чтобы управлять мощной нагрузкой, симистор, подобно выключателю, включают в цепь нагрузки последовательно. И тогда: в закрытом состоянии симистор будет закрыт, нагрузка окажется обесточена, а при подаче отпирающего напряжения на управляющий электрод симистора, между основными электродами симистора появится проводимость — через нагрузку потечет ток. Причем ток может течь через открытый симистор в любом направлении, не то что у тиристора.

Для удержания симистора в открытом состоянии нет необходимости удерживать сигнал управления на управляющем электроде, достаточно подать сигнал, после чего ток установится и будет продолжать течь — в этом отличие симистора от транзистора. Когда же ток через симистор (через цепь нагрузки) станет ниже тока удержания (для переменного тока — в момент перехода тока через ноль), симистор закроется, и для его отпирания потребуется снова подать отпирающий сигнал на управляющий электрод.

Управление симистором

Полярность управляющего напряжения, подаваемого на управляющий электрод симистора, может либо быть отрицательной, либо совпадать с полярностью напряжения, приложенного к условному аноду. По этой причине популярно такое управление, когда сигнал управления подается прямо с условного анода через ограничительную цепь и выключатель, - просто задается ток достаточный для отпирания симистора.

Управление симистором

Из-за глубокой положительной обратной связи, например при индуктивной нагрузке, высокие скорости изменения напряжения или тока симистора могут привести к несвоевременному отпиранию симистора, и к большой мгновенной мощности, которая будет быстро рассеяна на кристалле, и окажется способна разрушить его. Для защиты от вредных выбросов, параллельно симистору в некоторых схемах ставят варистор, а для защиты от высоких значений dU/dt – применяют RC-снабберы.

Применение симистора вместо реле:

Управление симистором

Симисторные регуляторы мощности для управления различными мощными нагрузками в цепях переменного тока очень популярны сегодня. Такие регуляторы для ламп называются диммерами, а регуляторы для разных инструментов, для коллекторных двигателей — просто симисторными регуляторами. Схемы их довольно компактны и просты, ведь на управляющий электрод симистора достаточно периодически подавать 0,7 вольт при токе порядка 10 мА, что легко реализуется при помощи RC-цепочки, а в более сложном виде — на базе ШИМ-контроллера, на том же 555 таймере .

Электрик Инфо - электротехника и электроника, домашняя автоматизация, статьи про устройство и ремонт домашней электропроводки, розетки и выключатели, провода и кабели, источники света, интересные факты и многое другое для электриков и домашних мастеров.

Информация и обучающие материалы для начинающих электриков.

Кейсы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок.

Вся информация на сайте Электрик Инфо предоставлена в ознакомительных и познавательных целях. За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет. Сайт может содержать материалы 12+

Перепечатка материалов сайта запрещена.

Управление симистором

*****

/ электроника / Управление тринисторами и симисторами

После того, как тиристор проверен, можно провести несколько простеньких экспериментов для практического ознакомления с его работой. Ну, это как раз из разряда «а руки-то помнят».

Как управлять тиристором?

Управление симистором

Как включить тиристор? Включение тиристора постоянным током.

Чтобы ответить на этот вопрос придется собрать простую схемку, показанную на рисунке 1. После того, как схема собрана, ее следует подключить к источнику постоянного напряжения. Лучше всего, если это будет регулируемый лабораторный источник с защитой, хотя бы от короткого замыкания, ведь мало ли что может произойти в процессе опытов?

Движок переменного резистора R2 следует установить в нижнее по схеме положение. Затем, удерживая нажатой кнопку SB1, (лампочка еще гореть не должна) медленно перемещать движок вверх по схеме. В каком-то положении движка лампочка зажжется, после чего кнопку следует отпустить, тем самым сняв сигнал с УЭ. После отпускания кнопки лампочка должна остаться во включенном состоянии. Как все это можно объяснить?

Вращением движка резистора R2 мы увеличивали ток УЭ, при определенном значении которого, характеристика тиристора спрямилась и он открылся, как было показано на рисунке 2. Резистор R1 предназначен для ограничения тока через УЭ, чтобы он не превысил допустимый уровень, оговоренный в справочных данных. Если теперь отпустить кнопку SB1, то лампочка останется зажженной, поскольку ее тока вполне хватает для удержания тиристора в открытом состоянии. Этот момент также показан на рисунке2, как Iуд.

Управление симистором

Рисунок 1. Схема для опыта по включению тиристора

Если в этом опыте в точку А на рисунке 1 включить миллиамперметр, то можно измерить ток управляющего электрода. Если испытать несколько экземпляров тиристоров даже одной марки, ток управляющего электрода, при котором зажжется лампочка, будет разным, с достаточно значительным разбросом. Эти токи могут изменяться в диапазоне 10 - 15мА.

Также с помощью этой схемы можно определить ток удержания тиристора, для чего в точку В подключить миллиамперметр, а в точку Б переменный резистор величиной 2,2 - 3,3КОм, предварительно выведенный до нуля. После того, как вращением резистора R2 тиристор удастся включить, при отпущенной кнопке SB1 уменьшать ток в нагрузке с помощью дополнительного переменного резистора.

Наименьший ток, при котором произойдет отключение тиристора, и является током удержания для данного экземпляра. Ток удержания так же, как и ток управляющего электрода невелик, порядка 10 - 15мА, но, в обоих случаях, чем меньше, тем лучше.

Управление тиристором импульсным током

Для проведения этого опыта схему, показанную на рисунке 1, следует несколько изменить, приведя ее к виду в соответствие с рисунком 2.

Управление симистором

Рисунок 2. Управление тиристором импульсным током

При нажатии на кнопку SB1 конденсатор C1 заряжается через УЭ тиристора, в результате чего тиристор открывается коротким импульсом зарядного тока, о чем свидетельствует светящаяся лампочка. Отпускание и последующее нажатие кнопки не приведет каким-либо изменениям, лампочка будет продолжать гореть. Погасить ее можно лишь теми способами, которые были рассмотрены ранее, а кроме них кратковременным подключением конденсатора C2, как показано пунктиром. Этот конденсатор шунтирует тиристор, ток через него становится равным нулю, в результате тиристор выключается. Вот только после этого можно снова воспользоваться кнопкой SB1. Чтобы быть готовым к следующему нажатию конденсатор C1 разряжается через резистор R1.

Тиристор в устройстве фазового регулятора мощности

На рисунке 3 показана схема простейшего регулятора мощности на тринисторе, там же временные диаграммы выходных напряжений.

Управление симистором

Рисунок 3. Схема для изучения регулятора мощности

В зависимости от величины управляющего тока тиристор имеет свойство открываться при разном напряжении на аноде. Это свойство используется в схемах регуляторов мощности. На схеме показаны точки для подключения осциллографа, что позволит воочию увидеть диаграммы, показанные на рисунке. Если такой возможности нет, то придется просто поверить на слово.

Питание регулятора осуществляется от трансформатора, как в предыдущих опытах через диодный мост VD1 - VD4. Фильтрующий конденсатор параллельно мосту устанавливать нельзя, поскольку напряжение примет форму, показанную на рисунке 3а пунктиром, и тиристор не сможет выключаться в моменты перехода напряжения через нуль: лампочка, включившись один раз, так и будет продолжать гореть.

Вначале следует движок переменного резистора R2 установить в верхнее по схеме положение и нажать кнопку SB1. Сопротивление в цепи УЭ в этом случае невелико, всего 100 Ω, и ток, достаточный для открытия тиристора получится при напряжении на аноде чуть более одного вольта, в самом начале полупериода. Поэтому лампочка должна зажечься в полный накал, что соответствует временной диаграмме а, которую можно будет наблюдать на осциллографе.

Это напряжение получено в результате двухполупериодного выпрямления синусоиды. Вертикальной штриховки внутри полупериодов, конечно, не будет, это только на рисунке. При отпускании кнопки лампочка должна погаснуть в момент перехода выпрямленного напряжения через нуль.

Если снова нажать кнопку и медленно смещать движок переменного резистора вниз по схеме, то яркость свечения лампы будет уменьшаться, а на осциллографе можно увидеть искаженные куски полусиносоиды. На диаграммах они показаны вертикальной штриховкой. Мощность в нагрузке будет соответствовать заштрихованной площади – в это время тиристор открыт.

Это происходит потому, что при перемещении вниз движка резистора R2 сопротивление в цепи управляющего электрода увеличивается, и ток УЭ достаточный для открытия тиристора получается при все больших значениях напряжения на аноде.

Такое положение дел возможно лишь до диаграммы 3в, пока напряжение на аноде не достигло максимального значения. Заштрихованная часть диаграммы соответствует 50% мощности нагрузки при диапазоне регулирования всего 50 - 100%. Как же продолжить дальнейшее регулирование?

Для этого следует изменить фазу напряжения на УЭ относительно фазы напряжения на аноде, чего можно достичь весьма простым способом. Достаточно подключить конденсатор C1, как показано на схеме пунктиром. Теперь тиристор будет открываться при малых значениях анодного напряжения, начиная со второй части полупериода, как показано на диаграмме 3г, что позволит расширить диапазон регулирования от 0 - 100%.

После изучения теории и проведения простых практических занятий можно переходить к изготовлению светорегуляторов и регуляторов мощности.

Практические устройства на тиристорах

Управление симистором

Основой светорегуляторов и регуляторов мощности являются, как правило, тиристоры и симисторы. О работе этих полупроводниковых приборов было рассказано в предыдущих трех частях статьи, и теперь можно познакомиться с устройством некоторых практических устройств на тиристорах. Все схемы, которые будут рассмотрены, используют фазовый принцип регулирования, описанный в конце третьей части статьи.

Вначале давайте познакомимся с достаточно простыми схемами, содержащими небольшое количество деталей, и хотя бы поэтому, наиболее доступными для повторения в любительских условиях. Впрочем, схемы могут быть и более сложными, но алгоритм их работы все равно один и тот же – регулировка яркости источника света. Иногда встречаются схемы, сочетающие в себе собственно светорегулятор и сумеречный выключатель, либо схему плавного включения лампы. Но, вначале самые простые схемы.

Чтобы не возвращаться к каждый раз к предыдущей части статьи, пожалуй, этот рисунок вставим еще раз в этом месте текста.

Управление симистором

Рисунок 1. Временные диаграммы фазового регулятора мощности

Вертикальная штриховка соответствует включенному состоянию тиристора, а мощность, подводимая к нагрузке, пропорциональна площади заштрихованных участков.

На рисунке 2 показана схема простого светорегулятора, позволяющего только лишь регулировать яркость светильника, безо всяких дополнительных функций.

Управление симистором

Рисунок 2. Простой светорегулятор

Сетевое напряжение через предохранитель FU1 поступает на выпрямительный мост VD1 - VD4, в диагональ которого по постоянному току включен тиристор VS1 и лампа EL1. В некоторых схемах лампа включается в диагональ моста по переменному току, но это не принципиально. Тиристор применен достаточно мощный, что позволяет управлять нагрузкой до 1000Вт, как, и указано на принципиальной схеме. Если такая мощность не требуется, то тиристор можно заменить другим, например, из серии КУ202М, что позволит управлять яркостью лампы мощностью не менее 500Вт.

В регуляторе используется фазовый метод управления: на управляющий электрод тиристора поступают импульсы, которые сдвинуты по фазе относительно напряжения на аноде. Схема, вырабатывающая управляющие импульсы, построена на однопереходном двухбазовом транзисторе VT1 типа КТ117А. Зарубежных аналогов этот транзистор не имеет.

Основным назначением этого транзистора является построение простейших генераторов – пищалок, схем запуска импульсных блоков питания (применялся в блоках питания телевизоров серии 3УСЦТ), а также генераторов управляющих импульсов в схемах фазового регулирования, подобной рассматриваемой. Работает этот генератор следующим образом.

Выпрямленное сетевое напряжение через резисторы R3, R4 стабилизируется последовательно соединенными стабилитронами VD5 VD6 на уровне около 22 - 25В, что зависит от конкретных экземпляров стабилитронов. Это напряжение, кстати, пульсирующее, соответствует диаграмме а) на рисунке 1.

Этим пульсирующим напряжением через резисторы R6, R7 заряжается конденсатор C2. Как только напряжение на нем достигнет величины открывания однопереходного транзистора VT1 он открывается и конденсатор C1 разряжается через его переход Б2 – Б1, резисторы R1, R2 и УЭ тиристора VS1, в результате чего формируется управляющий импульс, тиристор открывается и ток проходит через нагрузку. Когда выпрямленное пульсирующее напряжение проходит через ноль, тиристор закрывается и остается в закрытом состоянии до прихода следующего открывающего импульса.

Скорость заряда конденсатора C2 регулируется резистором R7. Когда его сопротивление минимально (движок выведен влево по схеме), скорость заряда максимальна, тиристор откроется в самом начале полупериода, пропуская в нагрузку максимальную мощность. При перемещении движка резистора R7 вправо по схеме скорость заряда конденсатора C2 снижается, поэтому управляющий тиристором VS1 импульс будет сформирован позднее. Поскольку это регулирование фазовое, а фаза измеряется угловыми единицами - радианами, говорят, что импульс формируется при определенном угле, в данном случае более позднем, чем при максимальной мощности в нагрузке. Именно этот процесс показан на рисунке 1 на диаграммах б, в, г.

На схеме пунктирной линией показаны светодиод HL1 и резистор R8. Их назначение показать, что устройство подключено к сети, а также контроль исправности лампы, если, конечно регулятор уведен на минимум. Но, собственно регулятор вполне работоспособен и без этого дополнения, или как теперь не скажут опции.

Настройка устройства достаточно проста. При выведенном до нуля резисторе R6 подбирается резистор R7 таким образом, чтобы яркость лампы была максимальной. Эта настройка зависит от величины конденсатора C2, значение которого также может потребовать подбора в пределах, указанных на схеме.

Управление симистором

Рис. 3. Самодельный светорегулятор

В рассмотренной схеме в качестве коммутирующего элемента используется тиристор, поэтому, чтобы было возможно регулировать и положительную и отрицательную полуволну сетевого напряжения в схеме приходится применять диодный мост достаточно большой мощности.

Если же мощность нагрузки близка к максимально допустимой, то тиристор, а вместе с ним и диоды моста придется устанавливать на теплоотвод – радиатор, что еще больше увеличивает габариты устройства и трудоемкость его изготовления. Чтобы избавиться от применения мощного выпрямительного моста применяется встречно – параллельное включение двух тиристоров, что тоже не совсем удобно и технологично.

Гораздо лучшие результаты дает применение симметричных тиристоров – симисторов: в одном корпусе уже содержится два встречно – параллельно включенных тиристора. На рисунке 4 показана доработанная схема с использованием симистора.

Управление симистором

Рисунок 4. Светорегулятор на симисторе

Небольшая доработка схемы позволит несколько уменьшить ее габариты, при этом мощность нагрузки остается той же самой. Узел запуска тиристора выполнен также на однопереходном транзисторе КТ117А, вот только нагружен транзистор на согласующий трансформатор Т1. Такое согласование необходимо для того, чтобы получить управляющие импульсы без постоянной составляющей. Это дает возможность открывать симистор как в положительные, так и в отрицательные полупериоды сетевого напряжения.

Согласующий трансформатор выполнен на ферритовом кольце типоразмера К16*10*4 из феррита самой распространенной марки НМ2000. Обмотка 1 содержит 80, а обмотка 2 - 60 витков провода ПЭЛШО-0,12. Перед намоткой острые кромки кольца следует притупить наждачной бумагой или алмазным надфилем, чтобы избежать повреждения изоляции, а само кольцо обмотать лентой из тонкой лакоткани, в крайнем случае, липкой лентой скотч.

Выпрямительный мост VD1 - VD4 используется только для питания узла регулировки, а также нового элемента схемы – узла плавного запуска нагрузки. Поэтому диоды в нем маломощные, кроме указанных на схеме можно применить 1N4007, подходят почти на все случаи жизни. Узел плавного запуска собран на транзисторах VT2, VT3.

Его работа происходит следующим образом. При включении питания конденсатор C2 начинает заряжаться по цепи VD6, R10. Через диод VD5 напряжение на конденсаторе C2 начинает открывать транзисторы VT3 и VT2. Сопротивление участка эмиттер – коллектор транзистора VT2 уменьшается, поэтому плавно уменьшается общее сопротивление участка R4, VT2, R5, и также плавно возрастает скорость зарядки конденсатора C1, яркость свечения лампы увеличивается.

Еще несколько простых схем

Управление симистором

Светорегуляторы с использованием динисторов

Схема такого светорегулятора показана на рисунке 2.

Управление симистором

Рисунок 2. Светорегулятор на динисторах

В качестве образца такого светорегулятора можно привести промышленную схему, которая использовалась в отечественных термопластавтоматах (станки для литья изделий из пластмассы). В них она, конечно, не являлась светрегулятором, просто управляла мощностью электрических нагревателей, являясь составной частью, по сути дела, выходным каскадом терморегуляторов.

Силовым элементом схемы являются тиристоры T1, T2 включенные встречно – параллельно, о чем уже упоминалось выше. Каждым тиристором управляет своя цепь запуска, выполненная на динисторе, для каждого тиристора используется свой динистор и свой же конденсатор. Конденсаторы заряжаются через общий для них регулятор – переменный резистор R5 и отдельные диоды D1, D2.

Предположим, что начал заряжаться конденсатор C1. Его цепь заряда следующая: провод NULL, D2, R5, R6, конденсатор C1, лампа La1, провод LINE. Предполагается, что в это время на проводе положительная волна синусоиды. Когда напряжение на конденсаторе C1 достигнет порогового напряжения динистора T4, последний откроется и через УЭ тиристора T2 пройдет открывающий импульс. Тиристор останется в открытом состоянии до тех пор, пока сетевое напряжение не перейдет через ноль. В следующем полупериоде точно так же откроется тиристор T1.

Маленькое замечание. Если любой из выводов переменного резистора R5 отключить от схемы с помощью контакта (на схеме не показан), то ток через нагрузку прекратится. Именно в таком режиме использовался этот регулятор мощности в термопластавтоматах, упомянутых чуть выше.

Нетрудно видеть, что на каждый тиристор приходится свой набор управляющих элементов. Современная элементная база позволяет сделать подобный регулятор еще проще, количество деталей в два раза меньше.

Светорегулятор на современной элементной базе

Его схема показана на рисунке 3.

Управление симистором

Рисунок 3. Светорегулятор с использованием составного динистора

Такая схема содержит совсем немного деталей: вместо двух динисторов, как в предыдущей схеме используется всего один, но зато составной. Просто в одном корпусе два одинаковых динистора включены встречно – параллельно, поэтому такой динистор может работать в цепи переменного тока, полярность включения значения не имеет. Он будет работать в любом случае, если, конечно, исправный.

Кстати, именно эти динисторы используются в энергосберегающих лампах, поэтому, если есть потребность в таких деталях, не выбрасывайте сразу пришедшую в негодность лампу. Тут тоже небольшое замечание: динисторы не «прозваниваются» тестером, поэтому не следует сразу их выбрасывать, надо проверить в схеме .

Силовой ключ выполнен на симисторе, управляющий электрод которого подсоединен напрямую к двунаправленному динистору. Как только напряжение на конденсаторе C1 достигнет порога срабатывания динистора, на УЭ симистора сформируется управляющий импульс, а далее все будет так, как было написано выше.

Регуляторы мощности и светорегуляторы в интегральном исполнении

Одним из типичных представителей таких регуляторов является микросхема КР1182ПМ1А. Внешне она выглядит как обычная цифровая или аналоговая микросхема, поскольку выполнена в стандартном корпусе DIP-16. Это такой пластмассовый прямоугольник с 16-ю выводами. Используя всего несколько навесных деталей можно создать несколько интересных практических конструкций: плавное включение света, сумеречный выключатель, просто регулятор мощности.

Как составная часть микросхема легко вписывается в состав различных устройств регулирования мощности. При этом она способна без внешних силовых элементов – симисторов или тиристоров коммутировать нагрузку мощностью до 150Вт. Если включить параллельно две микросхемы, просто напаяв их в два этажа, то мощность нагрузки можно увеличить вдвое. Простейшая схема включения микросхемы показана на рисунке 4.

Управление симистором

Рисунок 4. Светорегулятор на микросхеме КР1182ПМ1

Но и это, оказывается, еще не самый простой и экономичный вариант. Для самых ленивых, в лучшем смысле этого слова, есть интегральные регуляторы мощности. которые используют всего лишь две навесные детали – собственно лампочку и переменный резистор, причем мощность резистора не превышает одного ватта. Такие используются в качестве регулятора громкости в старой аппаратуре. Схема подключения такой «микросхемы» показана на рисунке 5, а внешний вид на рисунке 6.

Управление симистором

Рисунок 5. Схема подключения интегрального регулятора мощности POLYDEX R1500

Тиристоры и Триаки (симисторы) –

Десять Золотых Правил

Тиристор Тиристор - управляемый диод, в котором управление током от анода к катоду происходит за счет малого тока управляющего электрода (затвора).

Управление симистором

Вольтамперная характеристика тиристора показана на Рис. 2.

Управление симистором

Открытое состояние тиристора. Тиристор переходит в открытое состояние при подаче положительного смещения на затвор относительно катода. При достижении порогового значения напряжения затвора VGT (ток через затвор имеет значение IGT ), тиристор переходит в открытое состояние. Для стабильного перехода в открытое состояние при коротком управляющем импульсе (менее 1 мкс), пиковое значение порогового напряжения необходимо увеличить. После достижения тока нагрузки значения IL. тиристор будет оставаться в открытом состоянии, при отсутствии тока затвора. Необходимо отметить, что значения параметров VGT. IGT и IL указаны в спецификации для температуры перехода 25°C. Эти значения возрастают при понижении температуры. Поэтому внешние цепи тиристора должны рассчитываться для поддержания необходимых амплитуд VGT. IGT и IL при минимальной ожидаемой рабочей температуре.

Управление симистором

Правило 1.Для того чтобы тиристор (триак) перевести в открытое состояние: ток затвора Е IGTнеобходимо подавать до достижения тока нагрузки Е IL. Эти условия должны выполняться при минимальной ожидаемой рабочей температуре перехода.

Управление симистором

Чувствительный затвор тиристоров, таких как BT150, при увеличении температуры перехода выше Tjmax может вызывать ложное срабатывание за счёт тока утечки от анода к катоду. Во избежание ложных срабатываний можно посоветовать следующие рекомендации:

Рабочая температура перехода должна быть меньше значения Tjmax .

При невозможности использования менее чувствительного тиристора, необходимо приложить небольшое обратное смещение к затвору в фазе закрытого состояния тиристора для увеличения IL. В фазе отрицательного тока затвора необходимо уделить внимание уменьшению мощности рассеивания затвора.

Коммутация тиристора. Для перехода тиристора в закрытое состояние ток нагрузки должен снизится ниже значения тока удержания IH на время, позволяющее всем свободным носителям заряда освободить переход. В цепях постоянного тока это достигается тем, что цепь нагрузки уменьшает ток до нуля, чтобы дать возможность тиристору выключиться. В цепях переменного тока цепь нагрузки уменьшает ток в конце каждой полуволны. В этой точке тиристор переходит в закрытое состояние. Тиристор может перейти в состояние проводимости, если ток нагрузки не будет удерживаться ниже IH достаточное время. Обратите внимание, что значение IH указывается для температуры перехода 25°C и, подобно IL. оно уменьшается при повышении температуры. Поэтому, для успешной коммутации, цепь должна позволять уменьшаться току нагрузки ниже IH достаточное время при максимальной ожидаемой рабочей температуре перехода.

Управление симистором

Правило 2.Для переключения тиристора (или триака), ток нагрузки должен быть < IHв течение достаточного времени позволяющего вернуться к состоянию отсутствия проводимости. Это условие должно быть выполнено при самой высокой ожидаемой рабочей температуре перехода.

Управление симистором

Триак (симистор) Триак представляет собой "двунаправленный тиристор". Особенностью триака является способностью проводить ток как от анода к катоду, так и в обратном направлении.

Управление симистором

Состояние проводимости. В отличие от тиристоров, триак может управляться как положительным, так и отрицательным током между затвором и T1. (Правила для VGT. IGT и IL те же, что для тиристоров См. Правило 1.) Это свойство позволяет триаку работать во всех четырёх секторах, как показано в рис. 4.

Управление симистором

В стандартных цепях управления фазой переменного тока, таких как регуляторы яркости и регуляторы скорости вращения, полярность затвора и T2 всегда одинаковы. Это означает, что управление производится всегда в 1+ и 3- квадрантах, в которых коммутирующие параметры триака одинаковы, а затвор наиболее чувствителен. Примечание: 1+, 1-, 3- и 3+ это система обозначений четырех квадрантов, использующаяся для краткости: вместо того, чтобы записать "MT2+, G+" пишется 1+, и т.д. Эти данные получены из графика вольтамперной характеристики триака. Положительному напряжению T2 соответствует положительное значение тока через T2, и наоборот (см. Рис. 5).

Управление симистором

Следовательно, управление осуществляется только в квадрантах 1 и 3. А указатели (+) и (-) относятся к направлению тока затвора.

Управление симистором

Правило 3.При проектировании необходимо избегать включения триака в 3+ квадранте (MT2-, G +).

Управление симистором

Ложные срабатывания триака. В ряде случаев возможны нежелательные случаи включения триаков. Некоторые из них не приведут к серьёзным последствиям, в то время как другие

Правило 4.Для минимизации шумового срабатывания следует свести к минимуму длину проводников к затвору. Подключить общий провод непосредственно к T1 (или катоду). Желательно использовать витую пару или экранированный кабель. Можно поставить резистор до 1Ком между затвором и T1, или шунтировать затвор конденсатором и соединённым с ним последовательно резистором.

(b) Превышение максимального значения скорости нарастания напряжения коммутации dVCOM/dt. Этот эффект может возникнуть при питании реактивных нагрузок, где есть существенный сдвиг фазы между напряжением и током нагрузки. При выключении триака в то время, когда фаза тока нагрузки проходит через ноль, напряжение не будет нулевым из-за сдвига по фазе (см. рис.6).

Управление симистором

Если при этом скорость изменения напряжения превысит допустимое значение dVCOM /dt, триак может остаться в состоянии проводимости. Это происходит из-за того, что носителям заряда не хватает времени, чтобы освободить переход. На параметр dVCOM /dt влияют два условия:

Скорость спадания тока нагрузки при переключении, dICOM /dt. Высокое значение dICOM /dt снижает значение dVCOM /dt.

Температура перехода Tj. Чем выше Tj. тем ниже значение dVCOM /dt.

*****

Симистор: принцип работы, применение, устройство и управление ими

Из статьи вы узнаете о том, что такое симистор, принцип работы этого прибора, а также особенности его применения. Но для начала стоит упомянуть о том, что симистор – это то же, что и тиристор (только симметричный). Следовательно, не обойтись в статье без описания принципа функционирования тиристоров и их особенностей. Без знания основ не получится спроектировать и построить даже простейшую схему управления.

Управление симистором

Тиристор является переключающим полупроводниковым прибором, который способен пропускать ток только в одном направлении. Его нередко называют вентилем и проводят аналогии между ним и управляемым диодом. У тиристоров имеется три вывода, причем один – это электрод управления. Это, если выразиться грубо, кнопка, при помощи которой происходит переключение элемента в проводящий режим. В статье будет рассмотрен частный случай тиристора – симистор - устройство и работа его в различных цепях.

Тиристор – это еще выпрямитель, выключатель и даже усилитель сигнала. Нередко его используют в качестве регулятора (но только в том случае, когда вся электросхема запитывается от источника переменного напряжения). У всех тиристоров имеются некоторые особенности, о которых нужно поговорить более подробно.

Свойства тиристоров

Управление симистором

Среди огромного множества характеристик этого полупроводникового элемента можно выделить самые существенные:

  1. Тиристоры, подобно диодам, способны проводить электрический ток только в одном направлении. В этом случае они работают в схеме, как выпрямительный диод.
  2. Из отключенного во включенное состояние тиристор можно перевести, подав на управляющий электрод сигнал с определенной формой. Отсюда вывод – у тиристора как у выключателя имеется два состояния (причем оба устойчивые). Таким же образом может функционировать и симистор. Принцип работы ключа электронного типа на его основе достаточно прост. Но для того чтобы произвести возврат в исходное разомкнутое состояние, необходимо, чтобы выполнялись определенные условия.
  3. Ток сигнала управления, который необходим для перехода кристалла тиристора из запертого режима в открытый, намного меньше, нежели рабочий (буквально измеряется в миллиамперах). Это значит, что у тиристора есть свойства усилителя тока.
  4. Существует возможность точной регулировки среднего тока, протекающего через подключенную нагрузку, при условии, что нагрузка включена с тиристором последовательно. Точность регулировки напрямую зависит от того, какая длительность сигнала на электроде управления. В этом случае тиристор выступает в качестве регулятора мощности.

Тиристор и его структура

Управление симистором

Тиристор – это полупроводниковый элемент, который имеет функции управления. Кристалл состоит из четырех слоев р и п типа, которые чередуются. Так же точно построен и симистор. Принцип работы, применение, структура этого элемента и ограничения в использовании рассмотрены детально в статье.

Описанную структуру еще называют четырехслойной. Крайнюю область р-структуры с подключенным к ней положительной полярности выводом источника питания, называют анодом. Следовательно, вторая область п (тоже крайняя) – это катод. К ней приложено отрицательное напряжение источника питания.

Какими свойствами обладает тиристор

Если провести полный анализ структуры тиристора, то можно найти в ней три перехода (электронно-дырочных). Следовательно, можно составить эквивалентную схему на полупроводниковых транзисторах (полярных, биполярных, полевых) и диодах, которая позволит понять, как ведет себя тиристор при отключении питания электрода управления.

В том случае, когда относительно катода анод положительный, диод закрывается, и, следовательно, тиристор тоже ведет себя аналогично. В случае смены полярности оба диода смещаются, тиристор также запирается. Аналогичным образом функционирует и симистор.

Принцип работы на пальцах, конечно, объяснить не очень просто, но мы попробуем сделать это далее.

Как работает отпирание тиристора

Для понимания принципа работы тиристора нужно обратить внимание на эквивалентную схему. Она может быть составлена из двух полупроводниковых триодов (транзисторов). Вот на ней и удобно рассмотреть процесс отпирания тиристоров. Задается некоторый ток, который протекает через электрод управления тиристора. При этом ток имеет смещение прямой направленности. Этот ток считается базовым для транзистора со структурой п-р-п.

Поэтому в коллекторе ток у него будет больше в несколько раз (необходимо значение тока управления умножить на коэффициент усиления транзистора). Далее можно видеть, что это значение тока базовое для второго транзистора со структурой проводимости р-п-р, и он отпирается. При этом коллекторный ток второго транзистора будет равен произведению коэффициентов усиления обоих транзисторов и первоначально заданного тока управления. Симисторы (принцип работы и управление ими рассмотрены в статье) обладают аналогичными свойствами.

Далее этот ток необходимо суммировать с ранее заданным током цепи управления. И получится именно то значение, которое необходимо, чтобы поддерживать первый транзистор в отпертом состоянии. В том случае, когда ток управления очень большой, два транзистора одновременно насыщаются. Внутренняя ОС продолжает сохранять свою проводимость даже тогда, когда исчезает первоначальный ток на управляющем электроде. Одновременно с этим на аноде тиристора обнаруживается довольно высокое значение тока.

Как отключить тиристор

Управление симистором

Переход в запертое состояние тиристора возможен в том случае, если к электроду управления открытого элемента не прикладывается сигнал. При этом ток спадает до определенной величины, которая называется гипостатическим током (или током удержания).

Тиристор отключится и в том случае, если произойдет размыкание в цепи нагрузки. Либо когда напряжение, которое прикладывается к цепи (внешней), меняет свою полярность. Это происходит под конец каждого полупериода в случае, когда питается схема от источника переменного тока.

Когда тиристор работает в цепи постоянного тока, запирание можно осуществить при помощи простого выключателя или кнопки механического типа. Он соединяется с нагрузкой последовательно и применяется для обесточивания цепи. Аналогичен и принцип работы регулятора мощности на симисторе, правда, имеются в схеме некоторые особенности.

Способы отключения тиристоров

Но можно выключатель соединить параллельно, тогда с его помощью происходит шунтирование тока анода, и тиристор переводится в запертое состояние. Некоторые виды тиристоров могут включаться повторно, если разомкнуть контакты выключателя. Объяснить это можно тем, что во время размыкания контактов паразитные емкости переходов тиристора накапливают заряд, создавая тем самым помехи.

Поэтому желательно располагать выключатель так, чтобы он находился между катодом и электродом управления. Это позволит гарантировать, что тиристор отключится нормально, а удерживающий ток отсечется. Иногда для удобства и повышения быстродействия и надежности применяют вместо механического ключа вспомогательный тиристор. Стоит отметить, что работа симистора во многом схожа с функционированием тиристоров.

Управление симистором

А теперь ближе к теме статьи – нужно рассмотреть частный случай тиристора – симистор. Принцип работы его схож с тем, что был рассмотрен ранее. Но имеются некоторые отличия и характерные особенности. Поэтому нужно поговорить о нем более подробно. Симистор представляет собой прибор, в основе которого находится кристалл полупроводника. Очень часто используется в системах, которые работают на переменном токе.

Самое простое определение этого прибора – выключатель, но управляемый. В запертом состоянии он работает точно так же, как и выключатель с разомкнутыми контактами. При подаче сигнала на электрод управления симистора происходит переход прибора в открытое состояние (режим проводимости). При работе в таком режиме можно провести параллель с выключателем, у которого контакты замкнуты.

Когда сигнал в цепи управления отсутствует, в любой из полупериодов (при работе в цепях переменного тока) происходит переход симистора из режима открытого в закрытый. Симисторы широко используются в режиме релейном (например, в конструкциях светочувствительных выключателей или термостатов). Но они же нередко применяются и в системах регулирования, которые функционируют по принципам фазового управления напряжения на нагрузке (являются плавными регуляторами).

Структура и принцип работы симистора

Управление симистором

Симистор – это не что иное, как симметричный тиристор. Следовательно, исходя из названия, можно сделать вывод – его легко заменить двумя тиристорами, которые включаются встречно-параллельно. В любом направлении он способен пропустить ток. У симистора имеется три основных вывода – управляющий, для подачи сигналов, и основные (анод, катод), чтобы он мог пропускать рабочие токи.

Симистор (принцип работы для "чайников" этого полупроводникового элемента предоставлен вашему вниманию) открывается, когда на управляющий вывод подается минимальное необходимое значение тока. Или в том случае, когда между двумя другими электродами разность потенциалов выше предельно допустимого значения.

В большинстве случаев превышение напряжения приводит к тому, что симистор самопроизвольно срабатывает при максимальной амплитуде питающего напряжения. Переход в запертое состояние происходит в случае смены полярности или при уменьшении рабочего тока до уровня ниже, чем ток удержания.

Как отпирается симистор

Управление симистором

При питании от сети переменного тока происходит смена режимов работы за счет изменения полярности у напряжения на рабочих электродах. По этой причине в зависимости от того, какая полярность у тока управления, можно выделить 4 типа проведения этой процедуры.

Допустим, между рабочими электродами приложено напряжение. А на электроде управления напряжение по знаку противоположно тому, которое приложено к цепи анода. В этом случае сместится по квадранту симистор - принцип работы, как можно увидеть, довольно простой.

Существует 4 квадранта, и для каждого из них определен ток отпирания, удерживающий, включения. Отпирающий ток необходимо сохранять до той поры, покуда не превысит в несколько раз (в 2-3) он значение удерживающего тока. Именно это и есть ток включения симистора – минимально необходимый ток отпирания. Если же избавиться от тока в цепи управления, симистор будет находиться в проводящем состоянии. Причем он в таком режиме будет работать до той поры, покуда ток в цепи анода будет больше тока удержания.

Какие накладываются ограничения при использовании симисторов

Его сложно использовать, когда нагрузка индуктивного типа. Скорость изменения напряжения и тока ограничивается. Когда симистор переходит из запертого режима в открытый, во внешней цепи возникает значительный ток. Напряжение не падает мгновенно на силовых выводах симистора. А мощность будет мгновенно развиваться и достигает довольно больших величин. Та энергия, которая рассеивается, за счет малого пространства резко повышает температуру полупроводника.

В случае превышения критического значения происходит разрушение кристалла, ввиду чрезмерно быстрого нарастания силы тока. Если к симистору, который находится в запертом состоянии, приложить некоторое напряжение и резко его увеличить, то произойдет открытие канала (при отсутствии сигнала в цепи управления). Такое явление можно наблюдать по причине того, что происходит накапливание заряда внутренней паразитной емкостью полупроводника. Причем ток заряда имеет достаточное значение, чтобы отпереть симистор.

Управление симистором

15 симптомов рака, которые женщины чаще всего игнорируют Многие признаки рака похожи на симптомы других заболеваний или состояний, поэтому их часто игнорируют. Обращайте внимание на свое тело. Если вы замети.

Управление симистором

Топ-10 разорившихся звезд Оказывается, иногда даже самая громкая слава заканчивается провалом, как в случае с этими знаменитостями.

Управление симистором

Никогда не делайте этого в церкви! Если вы не уверены относительно того, правильно ведете себя в церкви или нет, то, вероятно, поступаете все же не так, как положено. Вот список ужасных.

Управление симистором

20 фото кошек, сделанных в правильный момент Кошки — удивительные создания, и об этом, пожалуй, знает каждый. А еще они невероятно фотогеничны и всегда умеют оказаться в правильное время в правил.

Управление симистором

Зачем нужен крошечный карман на джинсах? Все знают, что есть крошечный карман на джинсах, но мало кто задумывался, зачем он может быть нужен. Интересно, что первоначально он был местом для хр.

Управление симистором

Что форма носа может сказать о вашей личности? Многие эксперты считают, что, посмотрев на нос, можно многое сказать о личности человека. Поэтому при первой встрече обратите внимание на нос незнаком.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *