9. ТИРИСТОРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ С ПИТАНИЕМ ОТ СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

В рассмотренных выше схемах тиристорных усилителей, питаемых от сети переменного тока, запирание тиристоров осуществлялось отрицательным полупериодом питающего напряжения (в случае приложения переменного напряжения), или снижением до нуля анодного тока (при питании пульсирующим выпрямленным напряжением).

Тиристорные усилители, питаемые от источника постоянного тока, имеют устройство, предназначенное для принудительного отключения тиристора, что вносит принципиальное различие между схемами с питанием от переменного и постоянного тока.

Как правило, отключение тиристоров осуществляется периодическим подключением к цепи тиристора импульсного источника энергии, который на момент отключения тиристора обеспечивает снижение анодного тока до нуля (и даже может создавать на короткое время, пока тиристор открыт, импульсы анодного тока отрицательной полярности при этом подключение импульсного источника энергии может осуществляться либо через ключи (тиристоры, транзисторы и т. п.), коммутируемые специальным импульсным генератором, либо благодаря введению в цепь отключения колебательного контура, способного накапливать энергию, достаточную для отключения основного тиристора.

Такие устройства, которые включают в себя основной (силовой) тиристор и устройство для его отключения, носят обычно название прерывателей и являются составной частью тиристорного усилителя, питаемого от сети постоянного тока.

На рис. III.43 приведена наиболее распространенная блок-схема тиристорного усилителя с питанием от сети постоянного тока

Усилитель (рис. 111.43, а) работает следующим образом. Задающий генератор (ЗГ) вырабатывает импульсы стабильной частоты с периодом (см. рис. III.43, б), которые подаются одновременно на импульсный источник энергии (ИИЭ), предназначенный для отключения тиристора, и на фазоимпульсное устройство (ФИУ), преобразующее управляющий сигнал в импульсы, фаза которых изменяется относительно фазы импульсов ЗГ, пропорционально напряжению Таким образом, ЗГ служит первичным источником отключающих импульсов и устройством, синхронизирующим работу ФИУ и ИИЭ. Управляющее напряжение, подаваемое на

ФИУ, преобразуется в импульсы, которые усиливаются формирователем импульсов (ФИ) и обеспечивают включение тиристора, соединенного последовательно с нагрузкой, в сеть постоянного тока. Отключение тиристора осуществляется подачей импульса на тиристор с ИИЭ.

Изменение величины управляющего напряжения приводит к изменению интервала между включением и отключением силового тиристора, регулируя тем самым длительность импульса напряжения, приложенного к нагрузке

Рис. III.43. Схема и временные диаграммы тиристорного усилителя с питанием от сети постоянного тока: а — блок-схема; б — временные диаграммы

Поскольку период остается постоянным, то из диаграмм (рис. 111.43, б) следует, что напряжение на нагрузке (среднее значение)

где — напряжение сети, управления и амплитудное пилообразное, вырабатываемое ФИУ.

Приведенное соотношение справедливо только для диаграмм, изображенных на рис. 111.43, б, и будет отличным в случае применения ФИУ с иной характеристикой, при применении смещения и т. п. Более подробно описание и расчет ТУПТ дается в работе [7].

Примеры схем тиристорных прерывателей с принудительным отключением и диаграммы, поясняющие принцип их работы, приведены на рис. III.44, а, б. Так, на рис. III.44, а показана схема

емкостного отключения тиристора, в которой при открытии тиристора к нагрузке прикладывается полное напряжение сети и одновременно через балластное сопротивление заряжается конденсатор С до напряжения Открытие тиристора приводит к подключению конденсатора С параллельно тиристору а разрядный ток конденсатора отключает тиристор

Рис. III.44. Прерыватель с емкостным накопителем энергии: а — схема; б — временные диаграммы

Рис. III.45. Прерыватель с колебательным контуром: а — схема; б — временные диаграммы

Минимальная величина коммутирующей емкости может быть приблизительно определена из соотношения

где — время восстановления тиристора,

— ток нагрузки во время коммутации, А;

— напряжение на емкости, В.

Использование колебательного контура дает возможность исключить дополнительную цепь отключения тиристора. Пример такой схемы приведен на рис. 111.45, а. Здесь колебательный LC-контур подключен параллельно тиристору Т. Принцип работы прерывателя поясняется диаграммами, приведенными на рис.

Рассмотренные выше схемы прерывателей требуют для отключения тиристора специального устройства, обеспечивающего импульсный

ток, равный или больший тока нагрузки, а коммутация (отключение) тиристора производится по цепи, раздельной от цепи управления, что существенно усложняет схему прерывателя.

Применение полностью управляемых (двухоперационных) тиристоров позволяет упростить схему управления прерывателем, поскольку включение и отключение тиристора осуществляется подачей сигнала на управляющий электрод тиристора, а уровень отключающего тока существенно меньше (в несколько раз) анодного тока тиристора.

Примеры схем прерывателей постоянного тока с применением двухоперационных тиристоров приведены на рис. II 1.46.

Рис. III.46. Прерыватели на полностью управляемых тиристорах: а — с вспомогательным источником, — добавочные сопротивления; б — без вспомогательного источника

На рис. III.46, а изображена схема прерывателя, в котором включение и отключение тиристора осуществляются размыканием и замыканием ключа К, в качестве которого может быть использован транзистор. При размыкании ключа тиристор Т открывается при подаче анодного напряжения на управляющий электрод, а при замыкании — закрывается обратным напряжением, подаваемым на управляющий электрод от дополнительного источника

Если нагрузка находится в катодной цепи тиристора, его включение производится тем же анодным напряжением (рис. III.46, б), а отключение, при замыкании ключа К — напряжением на нагрузке.

Схемы прерывателей на двухоперационных тиристорах могут управляться и от двух различных источников, вырабатывающих импульсы включения (положительные) и отключения (отрицательные). Но при этом следует иметь в виду, что их развязка при параллельном включении невозможна и они шунтируют друг друга.

Рассмотренные варианты схем прерывателей могут служить составной частью нереверсивных усилителей с питанием от сети постоянного тока, а на их основе также могут быть построены реверсивные усилители. Так, например, схема (см. рис. III.44, а)

становится реверсивной, если нагрузка (например, обмотки возбуждения электродвигателя) выполнена в виде двух плеч, включенных вместо Пример реверсивного прерывателя с выходом на объединенную нагрузку (якорь электродвигателя) приведен на рис. III.47,а.

Рис. III.47. Реверсивные схемы усилителей постоянного тока: а — мостовая; б — дифференциальная

Отключение всех рабочих тиристоров осуществляется одним вспомогательным тиристором который подключает коммутирующие конденсаторы к одному или к другому плечу схемы.

Принцип построения реверсивных усилителей с использованием ранее рассмотренных схем аналогичен. При наличии двух источников питания которые могут включаться последовательно, построение реверсивных схем с общей нагрузкой значительно упрощается. Пример построения такой схемы на базе прерывателя (см. рис. III.45, а) приведен на рис. III.47, б.