Тиристорна техника - Табаков С.Е.

Author: Табаков С.Е.

Tags: полупроводники електротехника електроника

Year: 1989

Similar

Тиристори

Полупроводникова техника. Част II. Усилватели и интегрални схемы

Импулсна техника

Полупроводникова техника. Част І. Полупроводникови елементи

Text

Доц. к. т н. инж. СТЕФАН Е. ТАБАКОВ
ТИРИ-
СТОРНА
ТЕХН И КА
4
'ГРЕТО ИЗДАНИЕ
Д'ЬРЖАВНО ИЗДДГЕЛСТВО .ТЕХНИКА"
СОФИЯ, 1989
УДК 621.382
В книгата са описани устройството и принципът на дейст-
вие на тиристорите и тяхното приложение в различии елект-
ротехнически устройства. Разгледани са също принципите на
управлението им. Дадени са параметрите на тиристорите, произ-
вежданн в социалистические страни, както и примери за про-
ектиране на различии тиристорни устройства.
Книгата е предназначена за специалист!!, конто разработват
или експлоатират тиристорни систем». Тя може да се използу-
ва и от студенти по съответните специалности, техници и ра-
диолюбители.
I
|
I
|
I
I
I
I
I
I
© Стефан Евтимов Табаков, 1982
с/о Jusautor. Sofia
621.3
преДговор
За кратък период от време тиристорите станаха един от ос-
новните елементи на електротехниката. Най-голямото им предимст
во е, че те покриват почти цялата гама от мощности, необходима
за практиката. Сега се произвеждат тиристори с ток от единици
милиампери до хиляди ампериис напрежевие от 50V до 4—5kV.
Благодарение на добрите си ключови свойства те са почти идеал-
ни прибери за промишлената електроника и автоматизираните
електрозадвижвания.
С тази книга авторът си е поставил задача да обърне внима-
ние на читателите само на най-главните въпроси, с конто е евър-
зано приложението на тиристорите. При това стремежът е бил да
не се използуват сложни фирмули и максимално да се опрости
теоретичного ркзглеждане на приберите и схемите.
Книгата е построена по такъв начин, че читателят без особе-
па подготовка по полупроводникова техника, математика и елек-
тротехника да може да се ориентира в многообразного от тирис-
тори и тяхното приложение.
В първиге три глави е обяснен принципът на действие, даде-
ни са разповидностите на мнлгослойните силови полупроводнико-
ви прибори и ссобелсстите им. Следващите пет глави са п.свете-
ни па ссновните приложения га тиристорите — в токоизправите-
лите, в зависимите инвертори, в преобразувателите на честота с
пепосредствена връзка, в променливотоковите и постояннотокови-
те регулатори, в автонемните инвертори и импулените устройст-
ва. В тези глави накратко се разгледани типичиите и най-разпро-
странените схеми.
Глава 9 е посветена на особеностите на систс-мите за управ-
ление на тиристорните преобразуватели, като основно внимание
е обърпато на принципниге положения, без да се дават сложни
схеми. Разгледани са отделяйте стъпала и главно съгласуването
между схемите за управление и входа на тиристорите. В послед-
ната глава са дадени електрическите параметри на разпростране-
ните у нас съветски, чехословашки и полски тиристори. Тази гла-
ва позволява да се избират конкретни прибори за изчислените в
книгата схеми
В сравнение с второго издание е допълнена глава 2, като е
разшнрено разглеждането на двусперационните тиристори, неси
метричните тиристори и тиристорите с комбинирано изключване.
Глава 4 е допълнена със сведения за преобразувателите на чес-
тота с непосредствена връзка. Обновена е глава 10 с данни за
български тиристори.
3
Както и предишните издания, така и това не може да пре-
тендира за пьлнота на изложението на големия теоретичен и
практически материал, натрупан досега. Авторът се е стремил да
използува достигнатото в световната практика и да го представи
в съответствие с основните концепции, изложеии дотук.
Авторът изказва благодарност на рецензента пр >ф. Никола
Трифонов, койго направи важны препоръки огносно съдържание-
то и оформянето на книгата, а също така и на научния редактор
инж. А. Бакалова.
А вт о р ът
ГЛАВА 1
УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП НА ДЕЙСТВИЕ
НА ТИРИСТОРИТЕ
1.1. НИКОИ ОСНОБНИ СВЕДЕНИЯ ОТ ТЕОРИЯТА
НА ПОЛУПРОБОДНИЦИТЕ
За направата на тиристори се използува силиций — полупро-
водников елемент от IV трупа на периодичната система. Атомите
на силиция са разположени в кристална решетка от диамантен
тип. Структурният елемент на тази кристална решетка е правилен
тетраедър. Всеки атом е едновременно център на един тетраедър
и връх на четири съседни тетраедъра благодарение на това, че
валентните електрони на всеки два атома са обединени в двойка,
чиято орбита обхваща и двата атома. Такъв вид междуатомна
връзка се нарича ковалентна.
При температура, равна на абсолютната нула, кристал от този
тип се проявява като идеален диелектрик, тъй като в неговия
обем липсват свободни електрони, т. е. такива, които не участву-
ват в ковалентните връзки. При температури, различии от нула,
атомите се йонизират вследствие на получаването на енергия.
В обема на полупроводника се появяват свободни електрони, кои-
то се откъсват от ковалентните връзки. На тяхно място оставят
свободни връзки, които се наричат дупки.
Ако върху полупроводников кристал се приложи електрическо
поле, свободиите електрони в неговия обем започват насочено
движение. Свободните електрони прескачат от дупка на дупка в
посока, определена от полярността на приложенотонапрежение. По-
същия начин протичането на тока може да се разглежда като на-
срещно движение на дупки.
Проводимостта, създадена от противоположного движение на
електрони и дупки се нарича собствена проводимост на полупро-
водника.
Собствената проводимост на практика не намира приложение.
Използуват се примесни полупроводници, за които е характерно
внасянето на атеми от други елементи в кристалната решетка.
Примесите са елементи от Ц[ и V трупа на периодичната система.
Първите създават дупки, а вторите—свободни електрони.
В примесния полупроводник винаги съществуват и двата типа
токоносители: основни, които са получена от преобладаващия
прямее, и неосновни които се получават главно в резултат на
термогенерацията и които не играят основна роля в проводимост-
та на дадения полупроводник.
Протичането на ток през примесен полупроводник се определи
главно от две причини: дрейфов ток, който се дължи на движе-
нието на токоносителите под действието на външно електрическо
поле, и дифузен ток, който се получава от движението на основ-
ните токоносители вследствие разликата в конценграциите.
В зависимост от вида на преобладавашите примеси в обема
на полупроводника неговата проводимост се нарича съответно
електронна или дупчеста.
Наличието в обема на полупроводника на токоносители от
двата типа води до тяхного взаимно компенсиране и по такъв
начин се намалява броят на свободните токоносители. Този про-
цес е обратен на термогенерацията и се нарича рекомбинация на
токоносителите. Фактически рекомбинацията представлява възста-
новяване на ковалентшгге връзки-
Известии са два основни типа рекомбинации.
1. Непосредствена рекомбинация, при която електронът непо-
средствено минава от свободно състояние във валентна връзка на
мястото на свободна дупка.
2. Рекомбинация чрез рекомбинациояни центрове. Такива цент-
рове са примесни атоми, в конто отначало попада свсбодният елек-
трон, след което се улавя и дупката. Такива центрове има главно
на повърхяостта на полупроводника, защого там разрушаванията
на кристалната решетка на атомите са най-големи и вероятността
от замърсявания е по-висока. Прието е рекомбинацията чрез ре-
комбинационни центрове да се нарича повърхностна.
1.2. ОСНОВНИ СВОЙСТВА НА СИЛИЦИЕВИЯ PN ПРЕХОД
Ако в пластина от монокристален силиций се създават два
слоя с различна проводимост — единият с електронна, а другият
с дупчеста, то между тях се образува електронно-дупчест преход
(PN преход). Причипата за възникване на този преход е, че на
металургичната граница между двата слоя се сьздава градиент
на концентрацията надвата вида токоносители (фиг. 1.1а). Вслед-
ствие на този градиент зарядите дифундират от областта с по-
висока концентрация в областта с по-ниска концентрация. В ре-
зултаг на това движение става преразпределение на електричес-
ките заряди В близкага до контакта облает от N-слэя въз.чиква
положителен пространствен зар :д от йонизарани допори, конто не
се компезеират от съответния заряд електрони, тъй като те са
преминали в Р-областта ил з са рекомбинирали с по-рано дошли-
те дупки от Р-областта
Съответно в Р-обласгта оставаг некомпенсирани йонизирали ак-
цептори. Следовагелно близо до контакта възниква двоен слой от
пространствен заряд (фиг. 1.1 б), конто се нарича PN преход. Тъйка-
6
то електрическият заряд на PN прехода се състои от неподвиж-
ни акцепторни и донорни атоми, той има малка проводимост.
Пространствените заряди в прехода образуват електрическо
поле, коего има такава посока, че ограничава дифузията на ос.
иовните токоносители и позво-
лява на неосновните токоноси-
тели да преминават безпрепят-
ствено през него. В състояние
на равновесие дифузните и дрей-
фовите потоци на токоносиге-
лите са еднакви и противопо-
-'N —тип А Р-тип
ложно насочени, пора ди коего
токът през PN прехода е -равен
на пула.
Наличието на електрическо
поле в РМ прехода води до
получаване на потенциална раз-
лика на краищата на прехода
(фиг. 1.1 в). Тази потенциална
разлика пречи на движението
на основните токоносители и
затова се нарича потенциална
бариера,
В състояние на равновесие
PN преходът е електрически
неутрален и е разположен не-
равномерно в двата слоя; не-
говата дебелина в съответния
слой е обратнопропорционал-
на на концентрацията на ос-
новните токоносители (/р >>/„,
тъй като е предположено, че пп.
Фиг. 1.1
Ако към PN прехода се приложи напрежение, височината на
потенциалната бариера се измени. Ако външното напрежение е
включено с клема плюс към P-слоя, а с клема минус— към
N- слоя,потенциалната бариера намалява, равновесието в система-
та се нарушава и през прехода нротича ток. Такова включване
на прехода се нарича право. При това положение бариерата на
прехода не е достатъчно висока и основните токоносители могат
да преминават през него. При това широчината на прехода също
намалява. Явно е, че при показаните на фиг. 1.16 концентрации
на основните токоносители главна роля играе електронната съ-
ставка на тока.
При подаване на външно напрежение с обратна полярност
височината на потенциалната бариера се увеличава още повече и
вьзможността за преминаване на основните токоносители презРЫ
7
прехода намалява. През прехода протича само ток, който се оп-
редели от неосновните токоносители на слоевете, тъй като за тях
полето на прехода е увличащо. Но тъй като концентрацията на
неосновните токоносители е много
по-малка от концентрацията
Фиг. 1.2
тетът на обратно включения PN
виси от стойността на външното
на осиовните, ооратният ток
на PN прехода /у? е много
по-малък от тока в права
посока.
При подаване на обрат-
но напрежение се увеличава
и широчината на прехода.
От разгледаното дотук
следва, че при подаване на
напрежение зарядите в пре-
хода се изменят. Това озна-
чава, че той има капацитет.
За да се характеризира ка-
пацитетът из прехода в пра-
ва посока, се използува по-
нятието дифузен капацитет,
който е пропорционален на
тока през прехода. Капаци-
преход се нарича бариерен и за-
напрежение.
Електронно-дупчестият г.реход лежи в основага на конструн-
рането на полупроводниковите диоди. На фиг. 1.2 е показана
волт-амперната характеристика (ВАХ) на диода.
Ооратният клон на ВАХ на диода определи големината на на-
преженията, които могат да се подават върху него. Ако се над-
виши определена стойност на обратното напрежение t/у?, се на-
блюдава рязко увеличаване на обратния ток /у?. Това явление се
нарича пробив в диода и настъпва при напрежение U BR (фиг. 1.2).
Различават се няколко типа пробиви:
1. Топлинен пробив, който разрушава PN прехода, тъй като се
получава локално прегряване на силициевата структура. Обикно-
вено този пробив се получава по повърхността на прехода и об
ратният ток протича по микроканали.
2. Лавинен пробив, който е характерен за широките PN пре-
ходи и при който настъпва увеличаване на обратния ток в
резултат на йонизацията на атомите на Сицилия. Поради това
настъпва разрушаване на ковалентните връзки и образуване на
електрони и дупки. Ако обратният ток се ограничи в някакви
граиици, лавинният пробив не разрушава прехода.
Освен това се различават обемен и повърхностен пробив, кои-
то характеризират мястото на пробива- Съществува още полеви
пробив, който се получава при тесни преходи и не е характерен
за тиристорите-
8
1. 3. ПРИНЦИП НА ДЕЙСТВИЕ НА ТРАНЗИСТОРА
Излагането на принципа па действие на биполярния транзистор
те опрости разглеждането на основите на теорията на тиристора
|4, 26,33]. На фиг. 1.3 са показани структурата на NPN транзистор
и разчределението на
токовете в неговите слое-
ве. Средният слой и не-
говият извод се нарича
база (Z?), а двата край-
ни—съответно емитер
(Е) и колектор (Я).
Обикновено концент-
рацията на осповниге
токоносители в еми-
терния и в колекторния
слой е много по-голяма
от концентрацията на
основните токоносители
на базата. При това по-
ложение между емите-
ра и базата и между ба-
зата и колектора въз
никва PN преход.
Под действието на емитерното напрежение Ее намалява потен-
циалната бариера на емитерния преход и през него започва да
протича дифузна съставка на тока. В базата се инжектират елек-
трони, а в емитера — дупки. Тъй като целият обем на полупро-
водника трябва да бъде електрически пеутрален, колкото елек-
трони са попаднали о г емитера в базата, толкова дупки ще дой-
дат от базовия извод, за да компенсират тези електрони. По съ-
щия начин всички дупки, влезли от базата в емитера, ще бъдат
компенсирани със съответното количество електрони, дошли през
емитерния извод.
Инжектираните в базата електрони продължават своето ди-
фузно движение към колектора, като част от тях рекомбинират
в базовия слой и образуват базовия ток. Много по голяма част
от електроните достигаг до колекторния преход, полето на кой-
то е увличащо за тях, преминават в колектора и образуват
колекторния ток. Благодарение на Ес колекторният преход е вклю-
чен в обратна посока, поради което през него протича и обратен
ток, който увеличава общия колекторен ток.
От разгледания механизъм на пренасяне на токоносителите
през слоевете на транзистора (фиг. 1.3 а) се вижда, че в устано-
вен режим се изпълвява равенството
1е—1в +1с. (1.1)
9
С изменение на /Гл се променя височината на потенциалната
бариера на емитернния преход, аследователно и на количеството
на инжектираните в базата електрони. Това води до промяна и
на колекторния ток,
Основен параметър на транзисторите е коефициенгьт на усил-
ване по ток, конто свързва колекторния и емитерния ток:
а= (1-2)
‘Е
къдётсГу е коефициентът на инжекция, който показва каква част
от емитерния ток е преминала през емитерния пре-
ход в базата;
х — коефициентът на преноса, който показва каква част
, отинжектираните в базата токоносители достигат до
колектора.
В действи тел ноет х е функция на емитерния ток, а а расте
с увеличаването на Ze. дзетига максимум със стойност по-малка
от единица, и след това спада.
Показзното на фиг. 13 а евързване на транзистора се нарйча
•евързване по схема с обща база. То е удобно при разглеждане
на физическите процеси в транзистора. От схемна гледна точка
по важно е евързването, при кое то емитерът е общ електрод за
двата захранващи токоизточника. В този случай евързването се
нарйча с общ емитер и за него е характерен коефициент на усил-
ване по ток
Р=^=_г^- (W)
Механизмът на протичане на тока при евързване с общ еми"
тер е същият като при обща база, само че колекторното напре-
жение се разпределя между включения в права посока емитерен
преход и обратно включения колекторен преход. Това определя
някои особености на евързването с общ емитер и го отличава от
евързването с обща база.
Посокага на токовете в транзистора е показана на схемното
му означение (фиг. 1.3 б).
1. 4. ПРИНЦИП НА ДЕЙСТВИЕ НА ТИРИСТОРА
На физическите процеси в многослойните прибори е посвете-
на обширна литература [4, 15, 36]. В основата на действието на
тиристорите лежи четирислойна полупроводникова структура с
редуващи се проводимости. На фиг. 1.4 а е показана тази струк-
тура. Вижда се, че тя се състои от слоевете Pr, Nx, Р2, и N2.
Тук са възприети след ните означения, отговарящи на аналогията
на тиристора с транзистора. Слэевете Рг и N2 се наричат съответ-
10
но Р-емитер и N-емитер. Средните два слоя се означават като
N-база и P-база. Двата крайни прехода 77х и /7, са емитерни, а
средният преход П2 — колекторен. Освен това от гледна точка
на приложението на тиристорите е прието Р-емитерът да
рича анод (Д), N еми-
т-ерът — катод (/(), а п, п, п,
Р базата — управляващ
електрод (УЕ)
Полупроводниковите +
слоеве на тиристора се иа
изготвяг с различна кон-
центрация на токоноси-
телите. Равновесниге
концентрации на основ-
ните токоносители за о г-
делните слоеве са в
слепните граници: за
Рх-101ь-4-1017, за Nx—
— 1О14-Е-1О1б, за P2—]01G
1017, за N2 — Ю19 crrT:i.
От посоченото раз-
пределение слелва, че
средният PN преход /72
има много добри изпра-
вителни свойства, тъй
като е (бразуван от
слоеве с голяма разли-
Ао——о к
'УЕ
в
Фиг. 1.4
ка в равчовесните кон-
центрации. Огвен това той е най-широк, като неговияг обемен
заряд е разположен изцяло
във високоомната N база. Двата
крайни прехода имат по-лоши изправителни свойства и са по-тес-
ни, но тъй като емитерите са силно легира 1и, то тези преходи
имат големи коефициентя на инжекция.
Друга характерна особеност на конструкцията на тиристорите
е голямата разлика в широчините на дветебази. В зависимост от
типа на прибора и иегов >то п зедназначение широчината на Р-ба-
зата е в границите 10—30 pm, а широчината на N-базата —50—
350 pm.
Включванего, при което са разгледани процесите в тиристор-
ната структура, е показано на фиг. 1 4 я. Първо се предполага, че
ключи К е отворен и фактически тнристорът е без управляващ
електрод. При положение, че анодного наорежение Ua е равно
на нула, в структурата съ'цествува равновесие и токът през нея
е равен на нула както при PN преход. При увеличаването на
напрежението Ua с посочената полярност в състоянието на пре-
ходите настъпват изменения. Емитерните преходи 77х и 773 се
оказват включени в права носока, а колекторннят преход П2— в
<ДИЧКА
Б М Б А А
. Т<»»Р>Р
II
обратна. Следователно с голяма точност може да се каже, че то*
кът през прибора се определи от състоянието именно на този пре-
ход, тъй като неговото съпротивление на този етап е много по-
голямо от съпротивлението на Пх и /73. Неговата потенциална ба-
риера се определи от концентрацията на токоносителите в об-
разуващите го N, и Р2 бази.
С подаване на С/а включените в права посока П1 и /73 започ-
ват да инжектират в съответните бази потоци от неосновни то-
коносители. Р-емитерът инжектира в N-базата потоци от дупки,
като една част от тях рекомбинира в обема на N-базата, а дру-
га част успява да достигне до колекторния преход П2. Собстве-
ното електрическо поле на /72 е ускоряващо за достигналите до
него дупки и те преминават в Р-базата, където създават нерав-
новесна концентрация на основни токоносители. По същия начин
инжектираните от N-емитера електрони отчасти рекомбинират в
Р базата, а отчасти преминават в N-базата, където създават не-
равновесна концентрация на основни токоносители.
Освен тезп основни потоци през колекторния преход премина-
ват и обратните му токове, конто са означени на фиг. 14 а с
on И ^ор'
Внимателното вглеждане в структурата на тиристора показва,
че тя може да бъде разглеждана като съставена от две тран-
зисторни структури, в конто емитериге са съответните емитери
на тиристора, а двете му бази служат съответно за бази и за ко-
лектори на двата разнотипни транзистора. На фиг. 1.4 6 е дадена
аналогията на четирислойната структура с транзистора. На осно-
вата на тази аналогия и на принципа на действието на транзис-
тора, разгледан в т. 1.3, могат да се въведат коефициенти на
усилване по ток за двата съставящи транзистора Коефициентът
ар изразява отношението между достигналия в Р-базата дупчест
ток и пълния ток, инжектиран от Р-емитера в N-базата. Анало-
гично коефициентът е коефициент на усилване на NPN тран-
зистора. В двете бази съответно рекомбиниоат част от премина-
ващите токоносители: (1—ар) 1Р и (1—an ) 1п. От закона за елек-
трическата неутралност на базите следва, че положителните и от-
рицателните токоносители във всеки момент трябва да са еднак-
ви- Тогава, като се имат вредвид означенията на фиг. 1.4 а, могат
да се напишат равенствата:
0 ) Iop—an ; (1.4 а)
/п(1—«„)—Ion^ap!p+Iop. (1л б)
Като се има предвид, че
I—In—Ip И 1op~\~Ion~ Icot
и се решат уравненията (1.4 а) и (1.4 б) спрямо I, се получава
12

P.5)
Полученият шраз за стойността на тока през структурата по-
казва, че той завися от обратния ток на кслекгорния преход П.г
а от стоиностите на коефициенти-
те на усилване по ток ар и а„.
Токът Jco се опрецеля or па-
раметрите на прехода П„, който
е обратно включен, и се измени
слабо с повишаване на приложе-
но™ напрежение. Коефициентите
-tip и ап са сплно зависими от тока
през структурата-Тази зависимост
е и юбразена чрез графиките на
фиг. 1.5. От тях и от получената
формула за тока през структурата
може да се направи изводът, че
при
ap + an= 1 (1.6)
токът нараства до безкрайносг’
т. е. структурата преминава от запушено в отпущено състояние.
С друтн думи, иреминаването на тиристора от непроводящо в
прово дящо състояние става при осыпествяване на равенство™
(1.6).
Физическите процеси, свързани с условието за превключване,
са следните-
При прилагане на напрежение с малка стонност коефициенги-
те <ip и ап са много малки и токът през структурата се опреде-
ли от обратния ток на 778. Това показва, че рекомбинационните
състанкл на токове-е 1Р и /„ са приблизително равчи и през ко-
лекторния преход преминават само 1ор и /„«. ВАХ на тиристора в
този участък съвпада с обратната ВАХ на П.г. При по-нататъш-
но увеличаване на приложено™ напрежение вследствие па нараст-
ването на Z се изменят и коефициентите а.в и <х„ (фиг. 1.5). Това
предизвиква намаляване на рекомбинационните съставки на токо-
вете [Р и 1П, т. е. през Z7z в базите започват да се прехвьрлят
оснэзьи токоносители. Пэ такъв начин в базите се създава нерав-
новесна концентра ;ия на токоносители, която предпола1а допъл-
нителна инжекция на неосновни токоносители от емитерите. Ако
равенство (1-6) не се из пъ линза, тезл неосновни токоносители
комиенсират съзтадения в базите неравновесен заряд. Ако напре-
жението шюдължи да се увеличава. заед ю с нарастването на то-
ка 7 нарастват и коефициентите ар и ап и при достигане на стой.
13
ноет, за конто се изпълнява (1.6), в структурата се развива ла-
винообразен провес на отпушване.
Неравновесната концентрация на дупки в Р-базата предизвик-
ва насрещна инжекция на електрони от N-емитера, но понеже
коефициентът ап е нараснал значително, само малка част от тях
рекомбинират. Останалата част достига през Л2 в N-базата. къ-
дето се създава неравновесна концентрация па електрони. Това
изисква съответната инжекция на дупки от Р- емитера. Но аР е
нараснал също и голяма част от инжектираните дупки не реком-
бинират, а преминават през Л2 в Р-базата. Създаването на не-
компенсирани обемни заряди в базите увеличава тока през струк-
турата и процесът на отпушване се развива лавинообразно. Пс-
ложителната обратна връзка се изразява в това. че увеличаването
на тока през структурата предизвиква увеличаването на коефици-
ентите на усилване на транзисториге, което от своя страна во-
ди до увеличаване на тока.
Обе мните заряди от некомпенсирани основни токоносители
създават поле с посока, обратна на посоката на собственото поле
ria PN прехода Л2, и по такъв начин намаляват приложено™ bi р-
ху него външно напрежение. Напрежителният пад на преходите
Пг и Л3 не може да се увеличи, тъй като те са включе в ппа-
ва потока. От това следва, че в процеса на включване на чстири-
слойнага структура има участък с отрицателчо съпрогивлепие,
тъй като с увеличаването на анодния ток напрежението върху
прибора спада. След достигане на определена стойност :?а апсд-
ния ток полото на некомпенсираните основни заряди на базнге се
оказва толкова голямо, че изцяло компенсира собственото поле та
/72 и колек-1 орният нреход се оказяа включен в права посоха.
С това завършва лавинообр зният процес на отпушване на струк-
турата. Токът през тиристора се определи от съпротивлението на
товарния резистор 7?.г, т. е. количество™ на некомпенсираните
заряди не расте неограничено. След отпушване™ Л2 е в проводи-
мо състояние и излишвите електрони от N базата се врыцат в Р-
базата, а дупки от Р-базата — BN-базата. С това се достита ди-
намично равновесие на нссителите, отговарящо на стоиността на
протичащия ток.
Напрежението върху тиристора в състояние на проводимост
се разпределя между съпротивленията на включеиите в права по-
сока 77х и /73, съпротивлението на високоомната N- база и съпро-
тивлението на контактите.
Преходът Л2 е включен също в прана посока, но неговото
напрежение е обратно на общото напрежение.
От разгледаното дотук следва, че за да се включи тиристорът,
е необходимо в базите му да се създаде достатъчно неравнове-
сен обемен заряд, който съответствува на определена стойност на
анодния ток. Ако по някаква причина токът се намали, тиристо-
14
рът се изключва. Тази минимална стойност на анодния ток, при
конто тиристорът е сигурно отпущен, се нарича ток на задържа-
не и е важна характеристика за тиристорите.
Разглеждането на пронесите при включване на тиристора, ко-
гато неговото анодно напрежение в права посока нараства, по-
казва, че поведението на целия тиристор се определя основно от
поведението на колекторния PN преход. Този преход е достатъч-
но широк и върху него се подават големи напрежения—следова-
телно създават се условия за лавинно умножаване па токоносите-
лите. Това умножаване се дължи на голямата енергия, конто при-
добиват токоносителите при преминаване през широкия и с голя-
ма напрегнатост преход. От ударната ионизация в прехода в ба-
зите постъпват неравновесии основни токоносители. Количеството
на създадените вследствие на ударшта йоиизация токоносители
се характеризира с коефнциент на лавинно умножение
(1.7)
където U е приложеното напрежение на прехода;
Unv — напрежението на лавинния пробив;
п — физически константа (3 — 5).
Като се вземе предвид, че практически количеството на не-
равновесните токоносители се увеличена М пъти при отчитане на
лавинообразниге процеси в прехода, (1.5) добива вида
/==___,С»М (1.8)
1—М (ap+aj
Условието за възникване на лавинообразен прсцес на отпуш-
ване е
М(ар-ап)=1. (1.9)
При прилагане на обратно напрежение преходите /7Х и П3 се
оказват в обратно, а /72 — в право включване. Преходът /73 е об-
разуван от слоеве с неголяма разлика на концентракните и зато-
на той не може да издържа големи напрежения. По този начин
поведението на тиристора в обратна посока се определя главно
от поведението па прехода /71, който има много добри вентилни
свойства. Анодного напрежение се прилага върху /7Х и тиристо
рът може да се представи като диод. При достатъчно голямо-
напрежение обратнгят ток през структурата започва да ррсте.5
вследствие на лавинното умножаване на токоносителите в област-
та на прехода /7Х. Поради повреди при механична обработка, как-
то и замърсявания лавинният пробив най-напред започва на по-
върхността на прехода, а не в неговия обем. Ооратният ток за-
15
почва да протича по определени канали с много малко сечение.
Плътността на тока достига до 10I * * * * 6А/т2. Тази плътност заедно с
отнисително иисокото напрежение (от порядъка на ки юволти) оп-
редели отделянето на значителна мощност, конто почти винаги
разрушава PN пр(хода, тъй като се получава силно прегряване
и на тези места преходът не се възстановява.
За да се избегне описаното явление, са конструирани специал-
ни тиристори, наречени лавинни. Най-важната им способност се
състои в това, че пробивът настъпва равномерно в целия обем на
прехода, а не само на повърхността. Това се постига благодаре-
ние на специално взаимно разположение на слоевете по повърх-
ността на прехода, скосяване под определен ъгъл на повърхност-
та му и намаляване на концентрацията на токоносителите по по-
върхността, с което се намалява дебелината на обемния заряд и
се увеличена нгпрежението на лавинния пробив за повърхностния
слой. Освен това по повърхността се нанася допълнителен инер-
тен материал с днелектрична константа и пробивно напрежение,
по-големи от тези на силиция. Това предотвратява диелектричния
пробив на газовете, конто обкръжават обемния заряд на прехода.
В лавинните тиристори няма опасност от дефектиране, тъй ка-
то обратнияг ток в че не протича по тесни канали, а в целия
обем на полупроводника. При това се отдели по-малко топлина и
ако обрагният ток все пак се ограничи в разумни граници, няма
опасност от разрушаване на тиристора, тъй катз пренапрежение-
то се разпределя между тиристора и всички съпротив'>ения на то-
варната му верига. При това напрежението върху прибора има
стабилитроина характеристика и е равно на напрежението на ла- к
вииния пробив.
I 5. ВОЛТ-АМПЕРНА ХАРАКТЕРИСТИКА НА ТИРИСТОРА
На фиг. 1.6 е показана волг-амперната характеристика на ти-
ристора бзз управляващ електрод. Нейният характер съответству-
ва на разгледаните в предишната точка процеси в четирпслойна-
та структура. Във ВАХ на тиристора се наблюдават четири учас-
тъка, който характеризират прибора като ключ, В участъка О А
напрежението върху тиристора е голямо, а токът е от порядъка
на милиампери. При досгигане на т. А, съответствуваща h i на-
прежението на включване 47ВКл, токът през тиристора започва
да се увеличава. а напрежението — да спада. Благодарение на
процесите на положителна обратна връзка, конто бяха разгле-
дани, тиристорът се оказва отпущен, което съответсгвува на т.
Б от ВАХ. Участъкът АБ се нарйча участък с отрицателно съп-
ротивление. В третия участък БВ тиристорът се намира във вклю-
чено състояние. Основното предимство на тиристорите като клю-
16
ч°ви елементи се определи от малкото остатъчно напрежение
върху прибора в състояние на проводимост — &Ua . Продължа-
ващото нарастване на външното напрежение предизвиква нараст-
ване на тока през структурата, без видимо да се увеличава па-
дът на напрежение върху
ней Отделяната върху при-
бора мощност е малка и то-
ва позволява да се създават
прибори, работещп с голе-
ми токове. Останалата част
от напрежението на захран-
ване се отдели върху съпро-
тивленията във веригата на
товара. Очевидно това показ-
ва, че тиристорът може да
управлява • големи мощнос-
ти, без да е много голям по
обем.
При спадане на анодно-
го напрежение токът през
тиристора намалява и след
достигане на т. Б става скокообразен пронес на запушване на
прибора, тъй като зарядът в базите вече не е досгатъчен за из-
пълняванс на равенство (1-6). По-точно тиристорите се изключ-
ват при токове, по-малки от тока на задържане 1зяа .
При изменение па поляриостта на приложеното напрежение
Ua токът през тиристора е много малък и напрежението се при-
лага нзцяло върху него. Обратного съпротивление на тиристора
в четвъртия участък ОБ е много голямо. Вт./’ напрежението
достига стойност 1/пр. При повишаване на напрежението токът
през тиристора започва да се увеличава. Този режим на работа
е недопустим, защото може да разруши структурата.
От разгледаното дотук следва, че тиристорът има ключови
свойства, като по своята характеристика се доближава твърде
много до харакгеристиката на идеалния ключ.
Разгледаната пълна ВАХ и пронесите, определящи нейния ха-
рактер, се огнасят до неуправляемая тиристор. Той прсминава от
запушено в отпущено състояння при съответно нарастване на
анодного напрежение до определена стойност UBKJ1, при която се
изпълнява равенство (1.9). Смцото условие може да се изпълни
и при напреження, по-ниски от Рпкл За целта е необходимо да
се изменят по някакъв начин или общнят ток през структурата,
или коефициентите ар и ап. Съществуват различии начини за по-
стигане на товп, но най разпространеният в практиката е управле-
нието да се осъществява чрез подаване на положителен потенциал
на Р-базата по отношение на катода (ключът К на фиг. 1-4 а е
затворен). При прилагане на управляващото напрежение преходът
2 Тиристорна техника
17
П2 се включва в права посока, от което се увеличава инжекция-
та на електрони от N-емнтера и се увеличава токът 1П. Това пред-
извиква както увеличаването на ап, така и на общия ток през
структурата, с което са създават условия за възникване на по-
ложителна обратна връзка и отпушване на тиристора при напре-
жения, по-малки от 7/Вкл-
На фиг. 1.7 е показана ВАХ на тиристора при наличие на уп-
равление, като за параметър е взет управлявашият ток.
Анодният ток в тиристора в зависимост от управляващия ток
се определи по формулата
1со^~ап1 у
1 — (“р +“«)
(1.10)
Токът на управление /у пряно измени тока през структурата
и косвено влияе на коефициентите на усилване по ток. Пронеси-
те протичат по следния начин. Ако вьрху тиристора е приложе-
но напрежение, по-ниско от напрежението на включване, то при
прилагане на управляващо напрежение N-емитерът инжектира
електрони в Р-базата. Една част от тях /у(1—ап) рекомбинират,
а друга част Ivan преминава в N-базата, увеличавайки нейния
обемен заряд. Това предизвиква нарастване на тока 1Р и но този
начин се развива положителна обратна връзка.
Управляващият ток не оказва влияние на пробивното напре-
жение на тиристора при обратното му включване, но увеличава
обратния ток, което може да доведе до повреди вследствие на
прегрявания в структурата.
За да се характеризират четирите области на ВАХ, за тири-
18
стора са въведени четири статични параметъра, конто са с край-
ни стойности за едва или друга облает.
1. Напрежение на включване URK„, което характеризира мо-
мента на преминаването на тиристора от запушено в отпущено
състояние. При използуването на тиристорите в схеми е необхо-
димо да се спазва условието
2- Ток на задържане 7зад—обикновено е в границите от 10
до 200 mA.
3. Остатъчно напрежение A Ua — налрежителният над върху
тиристора в проводящо състояние.
4. Напрежение на пробив 6%.
В тиристорите съществува силна зависимост на статичните
параметри от температурата, което трябва да се има предвид
при избиране на режима на работа на приборите в съответната
схема. Температурното влияние се определи главно от два фак-
тора; изменението на обратния ток на преходите и зависимостта
на коефициентите на усилване а.р и сс„ от температурата на тока.
Обратимте токове в силициевите PN преходи нарастват с уве-
личаване па температурата, като за изменение в интервала
20 —120 °C могат да се увеличат над 100 пъти.
Коефициентите ар и а„ се увеличават с повишаване на тем-
пературата.
Напрежението на включване е много чувствително към изме-
ненията на температурата, тъй като силно зависи от а и 1Со-
Напрежението на левинвия пробив О/1;рнарЕства с увеличава-
не на температурата- Увеличаването на а и /Со при увеличаване
на температурата ноли до намаляване на Това може да до-
веде до нежелателни включвания при напряжения, звачително по-
ниски от /7вкл. ако тиристорът работи в тежки температурни ус-
ловия. За намаляване на тази зависимост в съвременните тири-
стори емитерните преходи се осигуряват със съпротивление —
съпротивителни метални слоеве. Част от топлинния ток се откло-
нява от тях и по този начин се намалява темиературната зависи-
мост на 77вкл
Токът на задържане се намалява при увеличаване на темпе-
ратурата.
/Допустимого обратно напрежение се намалява с увеличаване
на температурата поради увеличаване на обратния ток през пре-
хода Пг
Остатъчното напрежение също се измени с изменение на тем-
пературата, но тъй като то зависи от ня колко фактора, конто са
също температурно зависими, посоката на изменението е трудно
да се установи теоретично.
19
1.6. ПРЕХОДНИ ПРОЦЕСИ ПРИ ОТПУШВАНЕ НА ТИРИСТОРА
Преходът на тиристора от запушено състояние в състояние на
проводимост е свързан с натрупването на неосновни токоносители
в базите. Този процес е инерционен. За натрупването на носите-
лите в базите е необходим
някакьв интервал, който характери-
зира етапа на отпушване. Проста
експериментална схема за наблю-
даване процеса на включване на
тиристорнатаструктура е показана
на фиг. 1.8 а, а на фиг. 1.8 б са по-
казани основните времедиаграми
на тока и напрежението върху ти-
ристора. Съществуват три етапа,
които характеризират отпушването
ка тиристора. В момент t—0 на
УЕ се подава управляващ импулс
с възможно по-малка продължител-
ност на предния фронт. В графп-
ката на анодното напрежение се
наблюдават следните три характер-
ни части: почти хоризонтален уча-
стък, където няма спадане на нап-
режението {МН), участьк с бързо
спадащо напрежение {HP) и уча-
стък с относително бавно спада-
що напрежение {РК}-
Интервалът между М и Н се
нарича време на зсМьржане. То
зависи силно от величината на уп-
равлявашия импулс. Задържане-
иа управляващия ток. Времето на
дифузния мехапизъм на преноса на
ь.
-X-
Г
то е обратноиропорционално
задържане се обяснява с
заряда на неосновните токоносители през базите. Когато се пода-
де уаравляващият нмиулс, преходът /73 минава в състояние на
проводимост, но за досшгане на зарядите от емитера до прехо-
да е необходимо време. Както се иижда от фиг. 1.8 б, токът
през тиристора в този интервал е минимален. Силната зависимост
на зад ьржането от амплигудата па управляващия импулс е свър-
зана със силната зависимост на коефициентите на усилване ар и
<хя от токовете през преходите 77, и 77а Колкото е по-голям 7У,
толкова по-голяма е сумата {ар + а„), толкова по-силна е положи-
телната обратна връзка, а това означава, че по-бързо протича
преходният процес.
От т. Я в интервала HP токът през тиристора започва лавино-
образно да нараства, а напрежението да спада. Този интерн л се
20
нарича време на нарастване. Скоростта на нарастване на тока
през тиристора е свързана с физи чесните свойства на полупро-
водниковое слоеве и с геометрията на приборите. Лавинният Г(оо.
цес ще продължава до насищането на прехода П2. На фиг. । g g
това е т. Р.
Токът през прибора, при
който се достига режимът
на насищане на 772, се опре-
деля от напрежението на из-
точника и сумарното съпро-
тивление на веригата. При
малки Rt , т. е. големи то-
кове, значителна роля играе
съпротивлението на слабо
легираната N- база. С това
се обяснява. фактът, че наси-
щането става при относител-
но високо напрежение на прибора. За времето, което е необхо-
димо на прехода /72 да се насити, основната маса дупки, инжек-
тирани от /7j, не успява да проникне дълбоко в широката база,
а това означава, че нейното съпротивление е голямо. Следова-
телно в края на лавинния процес върху N-базата пада голяма
част от напрежението. За маломощни тиристори съпротивление-
то на базата в тази точка е равно на около 2й.
По-нататъшното бавно намаляване на напрежението на прибо-
ра в интервала РК (време на установяване) се обяснява главно
с намаляването на съпротивлението на N-базата за сметка на
нарастване на токоносителите. Този заряд продължава да се уве-
личава и след прекратяването на действието на положителната
обратна връзка. Това е необходимо, за да се осигури сумарен
рекомбинационен ток на носителите в базите (равви на дупчестия
и електронен ток), които се инжектират от Л1 и /73 или, с дру-
ги думи, за да се осигури иеирекъснатостта на тока през прибо-
ра. В края на този процес се установява определено разпределе-
ние на концентрацията на неосновните токоносители в базите,
характерът на което е показан на фиг. 1.9. Такова разпределение
е специфично за всеки режим на работа на прибора. Скоростта
на ироцеса на установяване на напрежението се определя глав-
но от времето на живот на неосновните токоносители в N-ба-
зата, тъй като с този параметър е свързано зареждането на ба-
зите.
От напраненото разглеждане на пронесите при отпушване на
тиристорите се вижда, че пълнито време на отпушване може да
се раздели на три интервала •— време на задържане, време на
нарастване и време на установяване.
Времето на задържане в зависимост от амплнтудата на уп-
21
равляващия импулс е в граничите от десетки микросекунда до
части от микросекундата.
Времето на нарастване е в граничите 0,8—40 ps и завися
силно от товара, т. е. от стойността на тока на насищане.
Времето за установяване е обикновено с порядък, по-голям
от времето на нарастване.
Количествените стойкости на токовете и напреженията върху
тиристора през време на отпушване показват че само tH и /
оказват сыцествено влияние върху отделяната в тиристора мощ-
ност при отпушване. Вижда се, че през тези интервали токът
през тиристора е достатъчно нараснал, а напрежението върху не-
го все оше не е спаднало до стационарната си стойност. Това
определи и голямата мощност, конто се отделя в структурата
по време на преходния пронес. От друга страна, в интервала
напрежението е много близко до установевата си стойност и то-
ва дана основание в пракгическите начисления да се пренебрег-
не част от този интервал. От тази гледна точка времето за включ-
ване на тиристора се деф'инира като интервал от вЬеме между
момента на достигане на управляващия импулс_до 10% от___ам-
плигудата му и "момента на“ достигане на анодното напрежение
до )()% от началната му стойност при ~ч и сто активен- товар.
За инженерии пресмятания обикновено~врвМето на включване
се дефинира като времеиитервал между момента на спадане
на анодното напрежение до 90% от началната му стойност и мо-
мента на спадане до 10%. Както се вижда, във второто опреде-
ление се фиксира времеиитервал, в който отделяната върху
тиристора мощност е най-голяма, а пьрвото отчита и времето
на задържане.
1.6.1. Отпушване на тиристорите при голяма скорост
ilu
на нарастване на анодното напрежение в права посока "
dt
Ако на анода на тиристора се подаде положително нанреже-
du
ние с голяма скорост на нарастване , тиристорьт може да
се отпуши. Това явление лесно може да бъде обяснено, като се
използува аналогията с транзисторите. Беше споменато, че PN
преходите имат капацитети. Ако те се вземат предвид, транзис-
торната аналогия на тиристора има вида, показан на фиг. 1.10.
При бързо нарастване на анодното напрежение възниква ток
през емитерния преход на всеки от транзисториге и през капа-
цитета на колекторния преход C/z.„ Тъй като с увеличаването
на емитерния ток коефициентите % и % също растаг, ако про-
22
изводната е достатъчно голяма, приборът може да се от-
пугни.
Нека откачало е предположено, че между електродите на ти-
ристора не е подадено напрежение. Това означава, че структура-
та се намира в равновесно състояние,
което се характеризира с наличието на
три прехода със съответните им обем-
ни заряди. Когато към анода на прибо-
ра се приложи положително напре-
жение с голяма скорост на нарастване
за преходите Л. и П3, то действува
като напрежение в права посока, а за
преходя /72 — като обоатно напреже-
ние Следователно, за да може да пое-
ме външното напрежение, преходът /72
трябва да има голямо съпротивление,
Фиг. 1.10
а това е свързано с увеличаване на
широчината на прехода, т. е. на обемния
заряд. По такъв начин в зависимост от
dua
величината--^- определена част електрони ще се отделят от до-
норните атоми, намиращи се в непосредствена близост до пре-
хода /72, и ще се преместят от 772 към /73. Но тези електрони
и съответните дупки нарушават веднага закона за обемната не-
утралпост на слоевете, поради което преходите Пх и П3 се от-
пушват още повече. При това те ще инжектират неосновни то-
коносители в базовите области, ва да възстановят нарушената
неутралност. По дифузионен път тези токоносители проннкват
към прехода /72. Някои от тях рекомбинират по пътя, а другите
се събират от прехода. Ако общият ток, който тече през прибо-
ра, е достатъчен, за да се изпълни равенството a+«B=l, тири-
сторът се отпушва.
При проектиране на тиристорни устройства трябва да се има
предвид и следното обстоятелство. Нека в схемата действува
Л'а,
а статичното напрежение, което тиристорът може да из-
държа, е С/дат , Тогава, ако едновременно действуват и—и
то общият ток през тиристора е
/ =/ +Ст^°,
а ст 1 П2 fit ’
където /ст се определи от Ц.т.
Вижда се, че токът [а .при това положение е по-голям от
23
/ст. Това означава, че сега при по-малка стойност на анодного
напрежение токът ld ще е достатъчен за отпушване на тиристора-
За намаляването нарастването на анодного напрежение може
да се използува
веригата, показана на фиг. 1.11. В права песо-
ка благодарение на диода Д се получава ин-
тегрираща верига с времеконстанта т=ДаС.
Стойностга на т при нарастване на анодного
напрежение по ексионента може да бъде наме-
рена от уравнението
0,632
dal
di
'доп
Съпротивлението R служи за разреждане
на кондензатора С, когато се в ключи тиристо-
рът Т. Неговото съпротивление се избира от
условието за ограничаване на разрядния ток
през Т с цел да не се надвиши допустимият
му ток.
di“
1.6.2. o ефект
Големите токове, конто трябва да превключват тиристорите,
изискват голямо сечение на силициевия кристал. Сечението на
пластиката може да има диаметър 20—30 mrn. С този размер и
с ограничената скорост на разпространение на проводимостта на
тиристора е свързан ефект, който носи наименованието „—ефект.
Същността му е следната. Тъй като управлявагцият елбтагрод е
изведен от единия край на Р-базата, при подаване на управля-
ващ импулс първоначално се включва само една малка част от
сечението на структурата, най-близка до УЕ. По-нататък прово-
дящата облает се увеличава с определена скорост (фиг. 1.12).
Ако скоростта на нарастване на анодния ток е много голяма, за
времето, когато той вече ще е нараснал значително, проводяща-
та облает все отце ще бъде съсредоточена около УЕ. Това до-
вежда до голяма плътност на тока през сечението и съотвегно
до съсредоточаване на мощност, по-голяма от допустимата. Тем-
пературата на проводящий слой се повишава недопустимо. Дока-
зано е, че разрушаването на прибора става, когато температура-
та на най-горещата точка стане приблизително равна на темпе-
ратурата на топене на силиция. Скоростта на разширяване на
проводящата облает е определена опитно — тя има стойкости в
24
граничите 0,05—0,3 mm/jis и зависи от тока през тиристора, от
управляващия импулс и от разположението на УЕ.
За да се увеличи допустимого нарастване на анодния ток,
се препоръчв ат конструкции с два или повече УЕ, с пръстеновид-
ни електроди, предлага се управляващите импулси да са някол-
ко пъти по-големи по мощност, но по-къси. За да се намалят
загубите и предотвратят разрушенията, последователно с тирис-
тора се включват дросели с насигцане. По такъв начин в нача-
лото на включването през прибора протича малък ток, тъй ка-
то той е ограничен от голямото съпротивление на ненаситения
дросел. Когато магнитопроводът се насити, токът се увеличава,
но за това време се е увеличила и ироводящата облает и опас-
постта от увеличаване на плътността на тока е станала по-малка.
По такъв начин се иовишава и к. и. д. на схемата. На фиг. 1-13
е показана всригата на включване на такъв дросел. Паралелната
на тиристора 'Г верига има за задача да пренамагнити дросела
през интервала, когато върху тиристора се прилага обратно на-
прежение. По такъв начин магнитопроводът работи в целия ци-
къл на хистерезисната си крива.
Дроселът има и това положително действие, че намалява об-
ратния ток чрез тиристора, който при повишени честоти може да
бъде значителен.
Дроселите с насищане се изпълняват ибикновено с феритен
25-
магнитопровод. Броят на намотките w и сечението на магнито-
провода S са свързани помежду си по следния начин:
‘’ост
където /заде времето на задържане,
/7 к — напрежението преди комутацията ;
Boct — остатъчна индукция.
От друга страна, те трябва да удозлетворяват условието
/те=Я/ср.
където / е ток да коерцитпвната сила (/₽«2А);
Н — коериитивната сила;
/ср.— средната дължина на магнигната линия.
Могат да бъдат използувани и магнитопроводи от пермалой
или други материали с правоьгълна хистерезисна крива.
1.7. ПРЕХОДНИ ПРОЦЕСИ НА ЗАПУШВАНЕ НА ТИРИСТО А
Докато тиристоры е в състояние на проводимост, неговите
база са наситени с токоносители. Тъй като тези заряди факти-
чески управляват тиристора, ако веднага след прекъсването на
анодния ток на тиристора се подале напрежение в права посока,
без да се подана управляващият ток, той ще се отпуши. Причи-
нага е, че зарядите в базите не могат да изчезнат мигновено, а
•е необходимо време, за да рекомбинират. Затова, преди да се
подаде повторно напрежение в права посока на тиристора, тряб-
ва да се изчака определено време.
Тиристорьт може да се запуши по три начина: чрез подава-
не на обратно напрежение, чрез прекъсване на анодния ток и
чрез изключване по УЕ.
При запушване на тиристора неравновесните токоносители в
базите намаляват. Когато те изчезнат съвсем, приборы се смята
за запушен. Критерий за това може да бъде само повторного
подаване на анодно напрежение в права посока. Зарядът в ба-
зите, при който тиристорът може да се счита за сигурно запу-
шен, е еднозначио свързан с тока на задържане на тиристора
Z . Зарядът трябва да е стаиал по мальк от сьответствуващия
на тока 7
зад
Прекъсването на захранването е най-прост начни за запушва-
не, но той почти не може да се използува на практика. Тук е
разгледан за по-лесно обясмяване на пронесите.
Обикновено целияг натрупан заряд в момента на прекъсване
на тока се намира в широката N-база. Това се обяснява с по-
голямото време на живот на дупките в нея в сравнение с време-
20
То на живо г на електроните в Р- базата и със значително по-го-
лямзта широчина на N-базата. Когато се прекъсва захранването,
токоносителите на Р-базата много бързо се разсейваг и целият
процес на запушване се определя от поведението на дупките в
N базата. Тъй като широчнната на тази база е значително по-
голяма от дифузната дължина на дупките в нея, приблизително
може да се приеме, че в усгановен режим и проводящо състо-
яние концентрацията на дупките намалява експоненциално от /71
към /72- Приеманего на такъв закон не е съвсем точно, обаче за
качествено определение той е достатъчно верен. Грешката е глав-
но за областта, близка към //2. Но тъй като там концентрация-
та на дупките е много по-малка в сравнение с тази около пре-
хода Пх, зарядит около П.г е незначителен. Като се приеме това
положение и се използуват известимте от теорията на полупро.
водницнте съотиошения, получава се следната връзка между за.
ряда Q, тока през прибора и времето на живота на дупките ;
(1.11)
А1.0 до занушва ето си тиристорът е пропускал ток 1 в ба-
зата се е натрупал заряд <?о==/0,)т/,. Нека приборът се запуши
при гок /иакл, на конто съответствува заряд <?11Жл —/изкд Тр. Тога-
ва времето за запушване може Да се оиредели от израза
^лзкл Qo е
(1-12)
откъдего
t — Т III
113КЛ р О
^пзкл
(113)
Стойаостта на хр е от порядъка на 1—2 рз.
Процесът на запушване на тиристора чрез подаване на об-
ратно напрежение е по труден и не е така лесно да бъде раз-
глет, ан математически. Различимте етапи на запушването за този
случай могат да се разгледат с помощта на фиг. 1.14. Тиристо-
рът <е намира в съ тонкие на проводимост до момент /<70. При
подаване на обо .тно напрежение в момента tti полярността на
преходите Пх и Па се измени, а на 772 остава сьщата. Следова-
телно Пх и П.л па отношение нч външното напрежение са колек-
торнп, а 77а — ематерен. Това означава, че още в t„ концентра-
цията на дупките в N базата близо до /7Х ще започне да нама-
лява. Същото се отнася в още по голяма степей за електроните
в Р-базата близо да /73. Съ >тветно около /7а тяхната концен-
трация в първия момент ще се увеличи. Получава се изтичаие
на зарядите през 77, и 77s, порадн което зарядът ще се разсее
по-еърз >.
21
На фиг. 1.14 в е показано измененного на тока през време на
запушването. В периода 10—tj. поради голямата концентрация на
носители преходите са все още поляризирани в права посока,
токът е много голям и се определи само от стойноста на
Фиг. 1.14
Аобр 11 от външното съпро-
тивление.
В момента 1г неравновес-
ннте токоносители около /7э
са се разсеяли, той се включ-
ва в обратна посока и на-
прежението върху него за-
почва да расте. Този процес
продължава, докато върху
прехода не се достигне на-
прежението на лавинен про-
бив. По-нататък този преход
работи в областта на про-
бива, където диференциал-
ното съпротивление е мал-
ко, а напрежението му сла-
бо зависнет протичащия ток.
Преходът П3 работи със ста-
билитронна характеристика.
След г2 в кривата на об-
ратния ток се наблюдавапро-
дължителен хоризонтален
участък t2—13. Той се обяс-
нява г намаляването на
дупките в N-базата. След ta нсравновесните дупки около 77х
са се разсеяли и той се включва в обратна посока. Постепенно не-
говото съпротивление се увеличава, а анодният ток през тиристо-
ра спада (ts—/4). Времето от f0 до /4 се нарйча време за възстано-
вяване на управляващите свойства на тиристора в обратна посока.
Времето за възстановяване на тиристора в обратная осока не
е достатъчно за пълното му запушване. Ако след момента /4 от-
ново се подаде напрежение в права посока, тиристорът ще се
отпуши. Това се дължи на обстоятелството, че след възстановя-
ване на преходите и Пй в областта на прехода П2 все още
се запазва значителна концентрация на токоносители, което мо-
же да предизвика отпушване даже и при прилагане на напреже-
ние с малка стойност. Пълното време на запушване се състои
от два времеинтервала: I, който се отпася до възстановяване
на преходите /7Х и /73, и Z необходимо за рекомбинация на но-
сителите на заряди в областта на прехода П2.
Времето за запушване е важен параметър при проектирането
на схеми. То зависи от схемвите особеностг, температурата, ре-
жима на работа, стойността на обратного напрежение и др.
28
Г ЛАВА 2
ВИДОВЕ ТИРИСТОРИ
В книгата е нрието всички четирислойнн прибори с ключови
свойства да се наричат тиристори. Дотук бяха разгледани прин-
ципы ге на действие на тиристора без управляващ електрод (мес-
то наричан динистор) и с управляващ електрод. Последният тип
•е най-разпростране.ният и обикновено той винаги се има пред-
вид в тиристорните схеми, ако не е паправена специална уговор-
ка. В последно време обаче са конструирани и много други ви-
дове многослойно прибори с ключови свойства, конто имат свои-
те особености. В главата са разгледани някои представители на
тези прибори [4, 10, 17, 26, 36].
2.1. СИМЕТРИЧНИ ТИРИСТОРИ
Разгле даните дотук четирислойнн прибэри бяха предназначе-
ни за превключване или регулиране на постоянно напрежение,
тъй като те имат еднопосочна проводимост. За комутация и уп-
равление на променливото напрежение с обикновените тиристо-
рн се използуват два прибора, евързани паралелно, но ориенти-
рами в противоположно посоки. Това води до определени затруд-
нения в конструирането на силовите блокове и управлението на
тиристорите. А тъй като преобразуваната променливотокова
«нергия става все повече, са създадени специални прибори, кон-
то имат симетрични характеристики в права и ооратна посока.
По аналогия с неуправляемия тиристор симетричните тиристори
сыцо могат да се конструират с два външни извода, при което
превключването на приборите става при достигане на анодно-
то напрежение в права или обратна посока до определен стоимо-
сти. По тази причина те са получили различии наименования: си-
метр (чни динистори, симетрични диодни тиристори, превключващи
диодни тиристори и т, н. Когато управлението на симетричния
тиристор се осъществява чрез трети допълнителеи електрод, се
получават т. нар двупроводящи триодни тиристори или двупо-
сочни тиристори. В книгата първияг тип симетрични тиристори
ще се наричат диодни симетрични тиристори, а вторият — си-
мистори или триаци.
29
2.1.1. Диодни симетрични тиристори
На фиг. 2.1 а е показана структурата на диодния симетричен
тиристор (ДСТ). В основата на такъв тиристор лежи петслойна
NPNPN структура, в която емитерните преходи са даденн накъ-
со с метални слоеве. Както се вижда ст фиг. 2.1 а, базовите
слоеве 1Д и Р8 са изведени
че преходът //4 се дава накъсо
към външните контакта. На-
личието на контакта на два
по два слоя (NjP, и I’2NS)
с външните електроди соз-
дана особеностите на тази
структур и. В такъв вид тя
може да се представи като
две обикновени четирислойни
едноиосочнн структури, вклю
чени антипаралелно.
Превключването на ДСТ
става, както и при динисто-
ра, чрез увеличаване на анод-
ного напрежение.
При подаване на напре-
жение с посочената на фиг
2.1 а полярност (без скоби;,
преходите /7а и /74 се включ-
ват в права «осока, а пре-
ходите Пх и П3 — в обратна
посока. При тази полярност
преходът Пх не участвует в
работата, тъй като родят а
на емитер изпълнява слоят
Рх. В този случай работа
долиата част на структурата
PiN2P2N3. Особеността па
работа се състон в това,
с метален слой и следо-
вателно неговото поведение се отличава от обикновсния PN
переход. Независимо че той е включен в права посока, неговото
напрежение се определи от пада на напрежение върху герната
част на базата Р2. Когато това напрежение е огце малко (под
праговата стойност), може да се каже, че Fli е запушен и ток
през N3 не протича или за този случай петслойната структура
може да се разглежда като транзистор PjNaP2. При увеличаване
на анодния ток над определена стойност преходът 774 се включ-
ва в права посока и згпочва да инжектира електрони от Ns в Р2.
От този момент действнето на структурата не се отличава от
30
разгледаното в гл. I действие на Динистора. Като се променят
параметрите на слоя Р2 и по-точно неговото съпротивление, може
да се регулира стойността на тока на включване на структурата.
От ВАХ на ДСТ, показана на фиг. 2.1 б, се вижда, че токът иа
задържане /зад е по-голям от тока на изключване /взкл. Основна-
та причина за това е, че включването на структурата става при
ненаситени с токоносители слоеве, а изключването — след като
през нея са протачали големи токовеиР2 и Na са силно наситени.
По тази причина, за да се запуши преходът /74, необходимо е
токът през пего да спадне до минимална стойност. Чрез проми-
на на съпротивлението на базовия слой Р2 може да се достигне
до положение, когато токът на превключване на П4 да е зчачи-
телно по-голям от тока на утечка на изолираната структура
PiN2P2. В този случай превключването става в режим на лави-
нен пробив на централция PN преход (в дгдения случай 77s). Ко-
гато външното напрежение достигне до напрежението на пробив
на /78> структурата PjNJ^Ng се включва и анодното напрежение
се определи само от външното съпротивление. При това, тъй ка-
то Пу е запушен, токът протича основно през долната част на
структурата и катод в дадения случай е слоят П3.
Ако полярността на външното напрежение се измени (означе-
на със скоби на фиг. 2.1 а), то PN преходът П4 се поляризира
в обратна посока и няма да оказва влияние на работата на при-
бора. В този случай преходите /7Т и /73 са включени в права по-
сока, а /7а — в обратна посока. Следователно структурата мо-
же да се разглежда като четирислоен превключвател NjPjNgPg
с шунтиран емитерен преход Пу и пронесите ще бъдат идентич-
ни с включването на ДСТ в права посока Разликата се състои
само в това, че в случая в проводимо състояние е горната част
на структурата, а катод е слоят N .
Едпаквостта на физическите пронеси и симетричыото техноло-
гично изпълнение на слоевете Nx—-N3 и Рх—Р2 обуславя симет-
ричната ВАХ на прибора (фиг. 2.1 б).
За да се намали токът на включване на ДСТ, крайните об-
ласти се изпълняват по такъв начин, че да се препокриват. В
този случай токовете на основните токоносители, преминаващи
около преходите Пу или П4, частично се шунтират и превключ-
ването на структурата става при по-малки токове. В този случай
токът на превключване може да се измени чрез промяна на ве-
личината на препокриването.
На основата на NPNPN структура с шунтирани преходи могат
да се получат и управляеми прибори. Ако например управлява-
щият електрод се изведе от широката N2- база, то правият клон
на ВАХ на тиристора може да се управлява, като се подават
положителни напрежения по отношение на катода. За обратния
клон съответно управляващото напрежение трябва да бъде от-
31
рицателно по отношение на катода. Такива прибора обаче не са
получили разпросгранение, тъй като технологично е трудно да
се изведе УЕ от слоя N2. Приборът има две вериги за управле-
ние — в права и обратна посока, и в запушено състояние вър-
ху УЕ вада цялото анодно напрежение. По тази причина начи-
нът па управление на симетричните тиристори се отлпчава от
•обикповеиите тиристори, при конто УЕ е просто присъединен
към единия слой на неуправляемата структура.
2.1.2. Симетрични тиристори
Симетричните управляема тиристори се получават на основата
на обикновените четирислойнн структур», като се въвеждат до-
пьлпителни слоеве, чрез конто се осъществява включването на
лриборите. Тъй като от схемна гледна точка е целесъобразно
ГК п.
на на фиг. 2.2 а. Както се вижда, тя
•единия слой е изведен управляващият
управлението с двете
посоки да става с едно-
посочнп импулси, по
давани между УЕ и
един от силовите въшп-
ни изводи, предварител-
но ще бъдат разгледа-
пи физическите процеси
в еднолосочни четирн-
слойни тиристорни
структури с дополни-
телен управляващ слой
Част от тези структури
са получили и самостоя-
телно значение като ти-
ристори с по-особени
свойства. В книгата са
използуванн наименова-
нията, конто са приети
в нагаата литература.
Обърнат тиристор.
Структурата на обърна-
тня тиристор е показа-
е петслойна, като от
електрод. При това то-
зи слой е разположен близо до анодния слой и полярността на
управляващия сигнал е отрицателна по отношение на анодния
извод. Освен това характерно за прибора е, че при него катодът
е изведен на корпус, а анодът е с външен извод. Това е причи-
ната тези тиристори да се наричат обърнати.
32
Принципы на действие на обърнатия тиристор еследният.
При о торена уиравляваща верига слоят не оказва влия-
ние. По такъв начин обикновената PNPN структура при поляр-
постта на напрежението, показана на фиг. 2.2 а, е включена в
права посока.
При подаване на напрежение на УЕ, отрицателно по отноше-
ние па електрода А, преходът Пг се поляризира в права посока
и инжектира електрони в областта Рь Част от електроните дифун-
дпрат към включения в права посока преход IE, преминават през
него и попадат в слоя N2, като създават допълнителен заряд.
Този заряд понижала потенциала на N2 по отношение на Plf като
по този начин Г/2 се отпушва още повече и се получава донъл-
нителна инжекция на дупки от Pj в N2. Процесът има лавино-
образен характер и тиристорът се отпушва.
Па фиг. 2.2 б е показана ВАХ в права посока на обърнатия
тирис । ор за различии стонности на управляващия ток. Вижда се,
чс с увеличагане на управляващия ток се наблюдава изместване
па характеристиките нагоре, което се обяснява с транзисторния
ефекг. Както е известно, той се изразява в увеличаването па об-
ратния колектореп ток. В дадения конкретен случай той се оп-
редели от факта, че при преминаването на управляващия ток се
получава допълпителна инжекция на електрони в базата от Р
тип на четирислойната структура, конто дифундират към колек-
торния пзеход и увелпчават перавновесната концентрация около
прехода /7Ч. В резултат на това се намалява впсочината на по-
тенциалната барпера на колекторния преход, а следователно се
увеличава обрагпият ток на този преход.
Трябва да се отбележн, че транзисторният ефект се проявява
също на образ ната ВАХ и при голе ми управляващи токове може
да доведе до пробив в тиристора. Затова при конструиране на
схемите за управление е необходимо да се осигури липса на
управляващ сигнал, когато към тиристора е приложено обратно
напрежение.
Тиристор с инжектиращ управляващ електрод. Харак-
терно за този тиристор е, че се управлява с отрицателно на-
прежение. Неговата структура е показана на фиг. 2 3. При
подаване на право анодно напрежение без управляващ сиг-
нал преходите Пг и /73 се поляризират в права посока, а /72 —
в обратна посока. Напрежението на управляващия сигнал се при-
дана към прехода /74, като го отпушва, и към /73 в обратна по-
сока. Следователно управляващият сигнал помага да се отпуши
долиата част на структурата и да се запуши горната й част. Част
от електроните, конто се инжектират в областта Р2, рекомбини-
рат с дупките, а другата част преминава през иолето на прехо-
да П2 в слоя N„ понижават неговия потенциал по отношение на
Pj и предизвикват инжекция на дупки от Рх в Nv В този нача-
лен етап на включването инжекцията остава в пространството
3 Тиристорна техника
' ЛКЧНА^Чз
БИБЛИОТЕКА)
Тоpop Нс(1Сг.че8^/
под управляващия електрод. Дупките, преминали през от Р1(
частично рекомбинират в слоя N, и частично попадат в Р2, като
повишават неговия потенциал. Благодарение на това преходът
/74 се отпушва още повече и се увеличава инжекцията на елек-
трони от N3 в Р2. Част
от попадналите в слоя
Р2 дупки започват да
се Движат иагоре към
шунтираната част на
прехода Па. Този ток
има обратна посока на
управляващия и следо-
вателно спомага за от-
пушването на прехода
П3- Когато дупчестият
ток превиши управляващия, преходът /73 се отпушва и от N? за-
почва инжекция на електрони в Р2. От този момент започва вто
рият етап—включване на основната част на прибора. По нататък
процесите се развиват както в обикновената четирислойна струк-
тура. По такъв -начин особеност на работата на прибора е на-
личието на два етапа при включването му. От схемна гледпа
точка разликата между тиристора с инжектиращ УЕ и обикно-
вения тиристор е само в знака на управляващия сигнал.
Освен показаната структура практическо приложение е полу-
чила структурата с допълиителен шести слой и инжектиращ уп-
равляващ електрод. Наличието на този слой води до иижекция-
та на дупки в по-голяма част от площта на прехода 772, което
спомага за по-бързото включване на прибора.
Съществува и многослойна структура на обърнат тиристор с
инжектиращ управляващ електрод. Тя е петслойна, като в прост-
ранство™ на аиодния Р слой е образуван неголям слой с N
проводимост. Разликата от структурата на фиг. 2.2 а е в това,
че слоят Nx е включен към анодната част на металния извод, а
УЕ фактически е присъединен към областта Pi-
По принципа на действие™ си тези две структури не се от-
личават от описаните.
Симетричните тиристора (СТ) се получават като ком-
бинация на разгледаните многослойна структури. Тук са раз-
гледани два варианта, при които управление™» става с положи-
телен или с отрицателен токов импулс.
На фиг. 2.4 а е показана структурата на СТ, управляван с
положителни управляващи импулси. Най-напред се предполага,
че тиристорът е запушен и му е подадено напрежение според
фиг. 2.4 а. При подаване на управляващ импулс потенциалът на
областта Р2 се повишава и през прехода Пъ започпа инжекция
на електрони от N4 в Р2. Те дифундират в слоя Na и понижа-
34
ват потенциала на Рг, поради което от Р2 се инжектират дупки
в N2. конто преминават през Na по посока към прехода /72. По-
токът от дупки, попаднал в Р1( се движи към контакта на ано-
да Вследствие на преминаването на този дупчест ток през
слоя Р2 се получава над на
напрежение, който включва
прехода Пг в нрава посока.
В резултат на това се уве-
личава инжекцията на елек-
трони от Nx в Рх, които ди-
фундират към П2. Тези
електрони преминават в об-
ластта N2 и поиижават ней-
ния потенциал като по този
начин увеличават инжекция-
та на дупки от Рг Процесът
има лавинообразен характер
и продължава, докато не
се включи долната част на
структурата N^jN^.
При промяна на поляр-
ността на напрежението
структурата ще има вида на
обикновен тиристор. За еми-
тери ще служат слоевете Рх
и N3, а за бази — N2 и Р2. От
ляващият импулс се подава към
се отличават от разглежданите
Фиг. 2.4
фиг. 2.4 а се вижда, че управ-
базата Р2 и процесиге ияма да
в гл. I. При тази посока на
анодното напрежение ще се включва горната част на струк-
ту рата.
Структурата на СТ, показана на фиг. 2.4 а, може да се раз-
глежда като съвкупност от структурата на обърнатия тиристор
с омически управляващ електрод и на обикновения тиристор.
Следователно и ВАХ в едната посока ще бъде, както е показа-
на на фиг- 2.2 б, а в обратната — както на фиг. 1.7.
На фиг. 2.4 б е показана структурата на СТ, управляван с
отрицателен управляващ импулс. При подаване на анодно напре-
жение с поеоченат! полярност и подходящ управляващ сигнал
процесите се развнват както в обърнатю! тиристор (фиг. 2.2 а),
а при промяна на анодното напрежение — както в PNPN струк-
турата с инжектиращ УЕ (фиг. 2.3).
Когато на УЕ не се подава напрежение, приборът не се от-
личава от ДСТ. При подаване на управляващ сигнал за показа-
ната полярност на анодното напрежение работата на тиристора
се определя от долната част на структурата. При смяната на по-
лярността на анодното напрежение се включва горната част на
прибора.
35
На фиг. 2.5 е показана ВАХ на СТ. Различията, конто се по
лучават в двата клона, се дължат на различимте принципи на
включване на структурата в двете посоки.
Порзди разлячията на структурите се оказват различии истой-
ностите на управляващите
токове, при конто се включ-
ват СТ в двете посоки.
Специфичнее особености
на СТ им позволяват да из-
държат определени прена-
прежения и затова те не
изискват специални средства
за защита.
Товарната способност на
СТ по променлив ток е. око-
ло 1,5 пъти по-голяма от
тази на обикновените тирис-
тори, тъй като допустима,
та средна стойност на тока
за всяка половина на при
бора е 75% от тока на обик-
новените тиристори. При из-
ползуваието на СТ в промен-
ливотоковите вериги с акгивни-индуктивен характер на товара
приберите се запушзаг в момевти, когато мрежовото иа-
преженис е вече нараснало значително и то се прилага с
голяма скорост към тиристора. Това нарастване може да до-
веде до неправилно отпушване на структурата, затова е необ-
ходимо паралелно на тиристора да се включи RC трупа, конто
tfn -Ч
да намали-^. Практически 7?-=100 12 и С = 0,01 pF се оказват дос"
татъчни по стойлост, за даосигурягв повечето случаи правилиа-
та работа на прибора.
2.2. ДВУОПЕР/ШИОННИ ТИРИСТОРИ
Най-голямото предамство на обикновените тиристори пред
транзисторите е големият коефициент на усилване по мощност,
а най-отрицателното— необходимостта от подаване на обратно
напрежение с цел да се вьзетановят улравляващите им свойства.
По тази причина е създадена трупа тиристори, конто могат да
се отпушват и да се залушват чрез УЕ [71- В съветската и бъл-
гарска литература е приего те да се наричат двуоперационни
тиристори (ДОТ). В западиата литература е разпространено
наименованието GTO тиристори.
36
По своята структура и ио формата на ВАХ ДОТ малко се
различават от обикновените тиристори. Изключването на тиристо-
рите се основава на намаляването на сумата (ар -{-ап) до стойност,
по-малка от единица, чрез подаване на отрицателен токов импулс
(фиг. 2 6 с). На фиг. 2.6 са
показани концентрацията на
неосновните токоносители в
базите на тиристора (фиг.
2.6 о), характерните криви
па управляващия импулс 1~
и на анодния, 1а и катодния
iK ток при изключването на
структурата (фиг. 2.66). На-
блюдават се три етапа: разсей
ване на токоносителите (/раз),
регенеративно спадане (/рег)
и възстановявэне (/b1j3Ct )•
През първия етап струк-
турата излиза от насищане.
като обикновено най напред
се запушва централният
преход П2. След съставя-
щите транзистори на чети-
рислойната структура се
намират в активен режим и
вследствие на управляващия
импулс и положителната об-
ратна връзка зарядите в ба-
зите на ДОТ и анодният му
ток намаляват лавинообразно. На фиг. 2 6 продължителност
та на този интервал е tj—tt. В този интервал анодният ток
на тиристора 1„ е все още по-голям от управляващия ток и
колекторният преход П3 продължава да остава поляризиран в пра-
ва посока. Когато в момент /2 it! стане равен на /— и след това
катодният ток стане отрицателен (/>/2), П3 се включва в обрат-
на посока и при напрежение 15—40 V достига напрежението иа
пробив. През третия интервал (/2—/3) транзисторът NPN работи
в режим на отсечка. При това неговият колекторен ток, конто
практически е равен на базсвпя ток на PNP транзистора, е равен
на нула, а токът, протичащ през /72, се определи само от дуп-
ките на прехода 111 и ако се смята, че коефициентът на инжек-
ция на Г12 е около единица, зарядът в N базата намалява за смет-
ка на рекомбинацията и разсейването на токоносителите.
Тиристорът се изключва, ако в момента на прекратяване на
управляващия запушващ импулс се изпълнява условието
Qp(^j) QP ИЗКЛ. ДНИ, (2.1)
където Qp взкл, дин е зарядът, съэтветствуващ на тока на из*
ключване на тиристора 1Н.
Времето за изключване на тиристора зависи от технологични-
те и електрофизичниге параметра на структурата и от анодния
ток в момента на подаване на запушващия импулс. В литерату-
рата [57] се въвежда минимална статична стойност на тока 1~тт,
необходима за изключване на анодния ток /а(0) за безкрайно вре-
ме ty—>оо. Тя е
/Г min (0) ~р-| /П1 + % - /1>3 1 , (2.2)
у a,I L % J
където /П1 и /п3 са паразитниге утечни токове на преходите
и /73;
ар и а„— коефициентите на предаване на дзата със-
тавягци транзистора.
Продължителността на егапите на разсейване и рггенериране
/-
зависи от отношението Е — __у , като намаляза с увеличаването
Д mln
му, Времето за възстановяване в голяма степей зависи от 1а (0).
За да се характеризира блокиращага способюст на ДОТ, се
въвежда коефициент на изключване
/у min
Сигурносгта на изключванего на тиристора се определя от
коефициепта па запаса на изключването Ей от коефициента на
управление™ на изключването
Ку = -== . (2 4)
h 6
Коефициентът КЮлл е вътрешна характеристика на прибора,
а коефициентът /<у характеризира препоръчваната стойност на
управляващия импулс. Увеличаването на Е ускорява процеса на
запушване на тиристора и подобрява разпределениего на тока.
Доказано е, че коефициентът зависи основно от косфи-
циентпте на предавали на съставящиге тиристора транзисторна
структури:
ИЗКЛ
% +«р->
(2.5)
38
От (2.5) следва, че досгатъчно голям Казкд се получава при
о-р и ап^ар. Осигуряването на верността на тези нера-
венства е сложна технологична задача и води до увеличаването
на напрежението върху ДОТ в отпущено състояние или до на-
маляване на допустимого обратно напрежение.
ГТ - 4 did
Нодооно на ефекта —при включване на еднооперацион-
ннте тиристори (вж. т. 1.6.2) в структурата на ДОТ възникват
неравномерни явления, конто са наложили определени изисквания
към конструкцията на приборите. При подаване на отрицателен
управляващ ток ДОТ не се изключва едновременно по това се-
чение на структурата, по което в установен режим протича ка-
налът на анодния ток, а само в частите, близки до управляващия
електрод. Това явление се дължи на напречното съпротивление
на Р базатй, което на практика е доста по-голямо от диферен-
циалните съпротивления на преходите 772 и Пя, поляризирани в
права посока. Ето зато плътността на тока при изключване е
максимална в краищата на канала и практически е равна на ну-
ла в неговия центьр. Така упрзвляващият ток въздействува на
заряда в базите, разположен в тези краища на канала, и създа-
ва условия да се запуши само част от участъците на преходи-
те П2 и /73, разположени в тези крайни области. Токът 1~ про-
тича по участъците с най малко съпротивление и тъй като анод-
ният ток е все още досгатъчно голям, той се съсредоточава в
много тесни канали. Лннейните размери на тези капали са от
250 pin до 1 mm. Ако плътностга на 1~ в областта на канала
е достатъчна, приборьт се запушва по описания начин.
Този допълиителен ефект обаче увели-
чава времето иа изключване на структу-
рата, създава опасност за прибора и уве-
личава изискванията към плътността на
управляващия ток. По тази причина и с
цел да се увеличи ефективността на из-
ключване съвременните мощни ДОТ се
конструират като многоелементни прибо-
ри със сложна геометрия на катода и на
управляващия електрод. На фиг. 2.7 е по-
казана конструкцията на съвременен мо-
щен ДОТ. Бижда се, че площта на
равляващия електрод е
ляма, за да се сведат до минимум ефек-
уп-
го-
досгатьчно
тите вследствие неравномерността.
Технологичного излълнение на структура с подобии геоме-
трични форми е доста сложна задача.
Наличието на ефекта на „уплътняване" на анодния ток при
изключване на ДОТ води до появяването на „горегци точки*, кои-
то ежазват влияние на блокиращата способност на ДОТ.
39
Изследванията на факторите, конто ограничават комутацион-
ната способност на ДОТ, показват, че те се свеждат или до пре-
гряване на структурата при изключване, или до пробив на пре-
хода П3, или до ударна йонизация в прехода П2.
Местного прегряване при изключване зависи от електрически-
те загуби и топлинното съпротивление на прибора при работа в
отпущено състояние и от импулсните загуби при регенерагивно-
то спадане на анодния ток. Импулсните загуби зависят от ши-
рочината на токопровеждащия канал, времего за регенерация и
произведението на анодното напрежение и тока /ДО). Прегрява-
нето е характерно за импулсния режим на работа.
В провеса на изключване, когато управляващият ток се съ-
средоточи в канали, се увеличава входного съпротивление на ти-
ристора,' а оттам и на напрежението между управляващия елек-
трод и катода (J-. Тъй като U~ е обратно за прехода 773, по-
лучава се електРически пробив в частите на П3, близки до управ-
ляващия електрод, при което част от тока 1~ или целият се
шунтира от тези участъци и комутационната способност на ДОТ
намалява или се загубва. За ефективно изключване на ДОТ е
необходимо управляващото напрежение да бъде по-малко от на-
прежението на пробива. Най-просто това изискване се излълнява,
ако за изключването се използува кондензатор, предварителио
заредей до необходимого напрежение.
От съсредоточаването на анодния ток в тънък канал се полу-
чава голяма плътност на заряди, поради което в областта близо
до прехода П„ електрическото поле е с напрегнатост 105 V/cm,
при която в П2 започва лавинно умножаване на токоносителите-
Такава йонизация започва при плътности на тока от порядъка
на 100—200 А/спГ. Вследствие на ударната йонизация елекгри-
ческото поле в канала намалява и лавинното умножаване се пре-
кратява. При голяма интензивност на ударната йонизация обаче
може да се получи натрупване на генерираните токоносители и
независимо от действието на 1~ ДОТ самопроизволно се включ-
ва.
Неравномерного токоразпределяне между различните части на
многоелементния ДОТ може да бъде отстранено с технологични
методи, конто позволяват да се намали токът на задържане на
тиристора. Чрез намаляваве на температутата на дифузпята на
златого например се постига равномерно токоразпределепие в
различните части на ДОТ в стационарно състояние в обхвата
5—600 А.
40
2.3. ТИРИСТОРИ С КОЖИНИРАНО ИЗКЛЮЧВАНЕ
В средата на 80-те години наред с двата традиционни начи-
на да се изключва тиристорът—чрез анода и чрез управляващия
електрод-—започва да се използува и трети — комбиниран, кой-
то е сьчетание на пьрвите два.
Освен увеличените габарити на устройсгвата отрицателно ка-
чество на изключването чрез анода е и това, че с повишаване
на а одното напрежение чувствително се увеличава и времето за
изключване. Съществен недостатък па ДОТ е ограничената ко-
мутирана мощност. Причина за този недостатък е това, че из-
ключването на структурата представлява неравномерен процес,
при който се получава съсредоточаване на а.чодния ток в тесни
канали, а това изисква сложни технологични решения.
Комбипираното изключване дава възможнсст да се отстранят те-
зи недпстатъци. Тиристорите, при конто се използува този начин
на изключване, се наричат тиристори с комбинирано изключване
(ТКИ) (английского им наименование е GATT-тиристори).
Управляващият запушващ ток (/—) и обратиото анодно напреже-
ние (Дсвр) влияяг на различии физически процеси в тиристора.
Напрежението Z7oCp премахва
рактерен за ДОТ, и при-
дана на ироцеса равно-
мерен характер, като
отстранява ефекта на
локално прегряване- В
същото време
ствието па /~
ва до минимум
бинацията на допълни-
телния заряд в N ба-
зата, който практически
определи времето на за-
пушване на едноопера-
ционния тиристор.
На фиг. 2.8 са по-
казани характерните
криви па токовете и
напрежението при включ-
ване и изключване на
ТКИ. След подаване на
7+ структурата се включ-
ва посъщия начин, по който
ристор. В момента (, се подава СДр (фиг. 2-8 б), благодарение
на което анодният ток (фиг. 2.8 в) спада до нула (момент /3}
става отрицателен и след това бързо се нулира рмомент /4). Ин-

стесняването на анодния ток, ха-
Фиг. 2.8
въздей.
намаля-
реком-
се включва и еднооперационният ти-
41
тервалът /а има продължителност 1—2 ps В t4 се подава
1~ (фиг. 2.8 а\ чрез който в широката N база се поддър-
жа активен процес на рекомбинация, много по-интензивен,
отколкото ако липсваше При това, когато напрежението
Uа премине през нулата, ТКИ не се включва, независимо че в
интервала t4—15 се получава неголям аноден ток. Този ток оба-
че не може да включи структурата, тъй като 1~ отвежда дупки-
те, постъпили в Р базата, през управляващия електрод. По та-
къв начин не може да се създаде вътрешно поле, отпушващо
прехода П2, и се предотврагява допълнителната инжекция в N
емитера и развнтието па регенеративния процес на самовключва-
не на тиристора.
Продължителносгта на е необходимо да бъде от порядъка
на 3 — 4 ps, а иеговата стойност еЗО—40 пъти ло-малка от анод-
ния ток.
В реалните прнбори протичането на отрицателен управляващ
ток в базовага облает създава над, който поляризира нисковол-
товия преход 77, в обратна посока. Его защо той лесно се про-
бива. По таза причина катодът на ТКИ, както и в случая на
ДОТ, се изпълпява във вид на множество елементарни сектори
с малки размера, разположени в областта на протичане на /у.
2.4. АСИМЬТРаЧНИ ТИРИСТОРИ
За никои специфични, но широко разпространени приложения
и последните години са разработени силови полупроводникови
прибори, конто в права посока имат характеристиката на обикно-
вения тиристор, а в обратна — на Диод, включен в права посо-
ка. По тази причина те могаг да комутират само право напреже-
ние. Различала!' се два типа асимстрични тиристори: такива, в
конто обратнпят диод с вградеп в саыага структура (това е пър-
вият силов интегрален прибор), и такива, в конто обратного на-
ярежение е около 15 —20 V и те се иуждаят от допълнително
външно включване па бьрзодействуващ обратен диод. Благода-
рение на технологичного пзпълнепие, обаче и на това, че анод-
ният им преход няма предназначение да блокира големи обратни
напрежения, асиме'гричпите тиристори имат много по-добри дина-
мична качества и по-малки електрически загуби в сравнение с
•обикновените тиристори. По-точннге наименования на двете раз-
новидности са: тиристори с обратна проводимост и асиметрични
тиристори.
На фиг. 2.9 е показана БАХ на тиристора с обратна проводи-
мост, на фиг. 2.10 а е показана схематично неговата структура,
а на фиг. 2.10 б — нейният транзисторно-диоден аналог. Вижда се,
че тнристориата част е изпълнена като P’ NPN+ структура със
42
съответни въишни изводи за анода, катода и УЕ. Диодната част
е изпълнена във вид на сегмент около тиристора и представля-
ла N+NPP - диод. Благодарение па това, че преходът Пх не тря-
бва да блокира обратно напрежение, анодният слой е силно ле-
гиран (Р+) и N базата може да
бъде по-тънка, което намалява
падав права посокана включе-
ната структура и времето за
изключване.
С цел да се предотврати
на.'иш, н то на Р-базата с то-
коносители през време на пре-
ходния процес на изключване
на диодната структура са влети
мерки за нейното изолирапе о г
тиристорната структура
Структурата на аспметричен
тиристор е показана на фиг. 2.11. За раз-
лика от структурата на обзк.ювеаия ти-
ристор в лея има включен още един нор-
мално леглрая N-слэт, коего птзволява
слабо легирапата М~-базз и Льде дос-
татьч.ю тънга, пр т възиокност да бло-
кира сыцого право папрежелле както
обик'|озения тиристор. Отвел тона а:юд-
ният слой е силно легираа (Р1). Его за-
що .гы и ада sane на пра ;о напрежение
двата прехода Пх и /7.г са ияжектирани с
големн коефпциснти па инжекции заодно
с прехода Л4, който се в<л;очв?. с пода-
ванс на ими,ле на УЕ.
43
В обратна посока преходът /73 е включен в права посока /72
има малко съпротивление, а в И[ настъпва пробив при напреже-
ние от порядъка на 20—100 V.
За използуване на асиметричните тиристори в обратив посоки
са създадени специални бързодействащи обратни диоди.
2.5. ФОТОТИПИСТ. РИ
Фототиристорът (ФТ) е многослойна нолупроводникова струк-
тура, конто се отпушва чрез светлина или облъчване.
Принципът на действие на ФТ се основана на енергнята на
светлинните кванти, които могат
връзки в полупроводпиците.
Фиг. 2.12
да разрушават ковалентните
При осветяването на при-
бора (фиг. 2.12 а) във всич-
ки области, до конто про-
никва излъчването, се обра-
зуват свободни електрони и
дупки вследствие на поглъ-
щането на фотони. Неоснов-
ните токоносители се преме-
стват към емитерните прехо-
ди, намаляват тяхната потен-
циална бариера и увеличават
инжекцията им. Този факт е
аналогичен с подаването на
управляващ ток в базите на
тиристора. Мощността на
светлинния поток, необходи-
ма за включване на прибо-
ра, зависи от спектралния
състав на падащото излъч-
ване и дълбочината на ко-
лекторния преход П-2.
Ако тази мощност е дос-
татъчна, в базите се инжек-
гира такова количество не-
равновесии токоносители, че преходът /72 се включва в права
посока. За да се характеризира сиособността на фототиристора
към включване със светлипен поток с определен спектрален сос-
тав, се въвежда понятието „ефективно облъчване на отпушване-
то", което характеризира мивималната мопшост на светлинния
поток, осигуряваща отпушването па ФТ. Неговата стойност за-
виси от спектралните характеристики на източника на изльч-
ване, конструкцията на прибора и параметрите на схемата, в кон-
то работи тиристоры.
44
За да се увеличи чувствителността на ФТ към осветяването,
необходимо е да се намали рекомбинацпята в структурата, което
се постига чрез намалнването на широчината на базовите облас-
ти.
На фиг. 2.12 б е показана структурната схема на двуколекто-
рен тиристор. Вижда се, че тя може да се представи като съче-
тание от два четирислойни тиристора: NsP3NaP2—структура с т он-
ка база, осигуряваща висока спектрална чувствнтелност, и NgPaN^Pj—
структура с широка високоомна база А\ и слсдователно с висо-
ки напрежения иа включване и пробив.
При пэдаване на анодно напрежение с показанага на фиг. 2.12о
полярност и при осветяване първата структура ще се включи,
тъй като слоевете са тънки и потокът прониква дълбоко в тях.
В резултат на това се увеличава напрежението върху /72. Ако
фототокът, конго в този момент протича през структурата, надви-
ши тока па включване иа прехода //2, двуколекторният ФТ се
отпушва. От описания принцип на включване личи, че отпушване-
то става на два етапа, съответно последователно включване на
първата и след това на втората структура.
Основного предимство на ФТ се състои в електрическата изо-
ляция между силовата верига и схемага за управление. ФТ поз*
волява изчълннтелните устройства да се включват непосредстве-
но в неговата силова верига. Те имат свойствата да запомнят,
тъй като оставят отпушени и след прекратяване на светлинния
поток.
Сега сыцествуват ФТ с токове до 150 А и напрежения до
3,5 kV. Управлението им се осъществява със светлинен поток с
мощност 6 — 60 mW/cm2. Такива светлинни импулсн могат да бъ-
дат получени от лампи с нажежаема спирала газоразрядни лампи,
полупроводникови лазерни диоди. Съчетаването на източника на
лъчение заедно с фототиристор като фотоприемник в един при-
бор се нарича оптронен тиристор (фиг. 2.12 в). В източника на
лъчение електричес»<ияг сигнал се преобразува в светлинен, кон-
то чрез оптичен канал въздействува нл ФГ.Тиристорът се включ-
ва и во този начин сигнальт отново се преобразува в електри-
чески. За източвици на светли ien поток обикновено е из юлзуват
светодиода на основата на галиев арсенид, галиев фосфат и др.
Оптичният канал прецава практически б з загуба оптичяите
сигнале и осигурява добро галванично раз еляне между фотоиз-
точника и фотоприемникч По този начин отпада необходимо тта
от използувапе на специални раздета гелии трансформатори. Вход-
ните вериги на тиристэрните оптрони са съвместими с изходни-
те вериги на бияолярните интегрзлни схеми и транзистэриге, no-
ради което схемите, к нсгруирани с тях, се поддават лесно на
автоматизация.
45
2.6. СПЕЦИАЛНИ ВИДОВЕ ТИРИСТОРИ
Първоначално тиристорите бяха създадени за работа в токс-
изправителните схеми на честоти 50 — 400 Hz. Постепенно обаче
тяхното приложение се разшири толкова много, че конструкторите
на прибори бяха принудени да изменят един или други параметри
с цел да удовлетворят нуждите на конструкторите на апаратура-
та. Основните изисквания към приборите са да имат големи стой-
кости на статичните параметри (аноде» ток и анодно напрежение),
а одновременно с това да имат малки времена на включване и
dn di ,,
изключване и възможности за големи и -- Чссто тези из-
dt dt
исквания са противоречием и тогава се прави разумен компромис.
От широко разпространените в нашата страна съветски тиристо-
ри биха могли да се отделят три типа, конто имат подобэени
едни или други параметри:
1. Тиристори от типа ТД (динамичии тиристори). Харак-
терно за тях е, че имат повишени стойности на параметрите
н . Могат да издържат напрежения до 2,5 kV. Има1’
обикновено малки времена на включване, но не се огличават с
особени качества по време на запушване.
2. Високочестотни тиристори от типа Т1/. Предназначен!! са
да работят във вериги с честоти до 25 kHz. Конструират се за
токове 10— 150 А и напрежения до 1200V. Имат малки времена
на отпушване и запушване.
3. Тиристори от типа ТИ и ТМ (импулении людулшпорни.
тиристори). Те са предназначен!! да работят с големи амплнту-
ди на анодния ток (до 3 кА), голяма скорост на неговото нараст-
ване и малко време на отпушване. 1 ези тиристори се изп^лзуват
във веригите за формиране на токови импулси с продължителност
1 —1030 ps.
Подобряването на динамичните свойства на тиристорите се
получава чрез прилагането на оптимална технология и конструк-
ция на прибора, специална геометрия на УА” и ематера, граничат
с тънката Р- база.
За да се създадат прибори с малки времена па запушване и
отпушване, необходимо е да се намаляват широчината на N база-
та или да се намалява времето на живо г на иеосновнпте токо-
носители. Тъй като тези два параметъра са взаимноевързани,
не е възможно измепението само на един от тях. Аю се съкра-
ти времего на живот на неосновните токоносители, без да се
намаляват широчините на базите, ще се намалят коефициеитите
«г и ап и структурата може да не се включи. Даже и да се
отпуши тиристорът, при това положение се влошават такиза
параметри като величииата на управляващия ток, времето на
46
ето на широчините на оазо-
на напрежението на превключ-
rij П3
*ЕХ- ХЕ*
Фиг. 2.13
‘.те <%п и «о при отпушване и
включване, падът на напрежение върху отпушения тиристор и
токът на задържане. Намаляват
вите области води до иамаляване
ване .
Един от възможните начини
за повишаване на бързодейст-
вието на тиристорите е прехо-
дът /72 да бъде изпълнен ка-
то хетеропреход, който се по-
лучава между две полупровод-
никови области с различнна
широчина на забранените зони.
Тези преходи имат по-големи
коефициенти на инжекция, от
което се увеличават коефициентт
бързо разсейване на неравновесииге токоносители при зэпушва-
не. При това се запазват напреженията на превключване.
Разпространен начин за намаляването на времето па запушва
не е легирането само на широката N-база с атоми от злато, при
което се съкращава времето на живот на неосновните токоноси-
тели и се съхраняват напреженията ня превключване.
Осрен спомечатите дотук типове тиристори се срещат още
различии модификации. Ще споменем някои от тях.
Тетродни тиристори се наричат четирислойните PNPN при-
бори, конто имат изводи от четирите си слоя (фиг. 2.13). Както
се вижда от фигурата, те се отличават от обикнсвения тиристор
с наличието на УЕ от N-базата. Управлението на тиристорите
става чрез подаване на управляващи импулси или едновременно
на двете бази или поотделно. При това управляващият импулс се
смята за положителен, ако токът тече в базата от Р тип или от
базата от N тин.
Процесите ва отпушване и запушване при подаване на отпушващ
импулс в Р базата са аналогични с пронесите вобикнсвения тиристор.
За отпушване на тиристора през УЕ2 е необходимо да се по-
да де отрицателен управляващ им.гул с. При това се отпушва 77,
и протича дупчест ток през N-базата до Р-базата, в резултат на
което в нея се създава неравновесна концентрация и се отпушва
Пя Увеличават се и о„ и когато се изпълни условнето
ар +«« ^1, структурата се включва-
Маломощните тиристори са предназначени за използуване в
системите за управление на силовите тиристори и в устройства
та на автоматиката.
Най-перспективни са планарните тиристори с надлъжна
структура. Характерно за този тип тиристори е, че технологията
на тяхното взготвяне е съвместима с технологията на изготвяие
на интегралпите схеми и затоза са много перспективни.
Те се изготвят за токове от десетки микроампери до стотици
милиампери. Най-бързодействуващите имат време на включване и
на изключване не повече от 100 ns.
ГЛАВАЗ
ОСНОВНИ ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ПАРАМЕТРИ И ОСОБЕНОСТИ
НА ТИРИСТОРА КАТО СХЕМЕН ЕЛЕМЕНТ
Тиристорите са основни елементи в много схем» на промиш
Ленага електроника, предназначен!! за преобразуване на електри-
ческата енергия от един вид в друг. Тиристорите се избират чрез
система от параметри, конто позволява правилно да се проекти-
рат схемите с оглед тяхната сигурна работа. Различават се два
основни режима на работа на тиристорната структура — устано-
вен и преходен режим. Съответно сыцествуват две системи па-
раметри,-конто характеризират работата в тези два режима. При
проектиравето на схемите е необходимо така да се изчисляват
елементите. че да не се надвишанат предслнолопустимите пара-
метри на тиристорите в двата режима.
3.1. ОСНОВНИ СТАТИЧНИ ПАРАМЕТРИ НА ТИРИСТОРА
В основата на определяне. на електрическите параметри на
тиристорите лежат електрическитезагуби в четирислойната струк-
тура, конто я нагряват и водят до повреди в силициенага плас-
тина. Нагряването на PN’PN структурата в статичен режим се оп-
редели о г загубите за сметка на пада на напрежението върху
нея при нротичането на постояниия товарен ток. загуби от токо-
вете на утечка в право и обратно запушено състояние, загуби в
управлявашата верига на тиристора, загуби през време на отпуш
ването и занушвтнето и т. и. Загубите се характерна фат с тока
и напрежението върху тиристора, затова и параметрите се разде-
лят основно па токови и напрежителни.
3.’ 1. Токови параметри на тиристора в повгарящи се и
неповтаряща се режими
Когато полупроводнике вин г прибор се изиолзува в такъв ре-
жим, че максималнодопустимага температура на преходиte му
не се надвишавд, смята се, че приборът работи в установки ре-
жим. Това условие трябвл да бъде изпълнено във всеки нормален
режим при вгяка схема с тиристори, предназначени за работа в
повтарящ се режим на огпушване.
Възможностите на тиристорите за определено претовдрване по
ток се характеризират със спецчални параметри, конто п жазват,
48
че в течевие на определен интервал от време температурата в
«ристала се повишава над максималната допустима за установен
режим. Това обезпечава определена претоварваща способност на
прибора за къси интервала от време и позволява да се съгласу-
ва защитата от къси съединения с тиристорите. Тези параметри
се използуват само при аномалии режими във веригите, например
при аварии. При това се предполага, че за целия срок на служба
тиристорът може да издържи ограничен брой подобии претовар-
вания. Обикновено тези претоварвания са от порядъка на някол-
костотин.
Основните токови параметри на тиристорите са следните:
1. Среден ток Ia (Jtav}- Това е основен параметър, който
показва какъв среден или постоянен ток може да пропуска тирис-
торът. Той се определи главно от големината на силициевата та-
блетка и зависи от температурата на корпуса, от времето на
проводимост на тиристора и от формата на тока. За номинален
среден ток на тиристора при продължителен режим на работа се
приема средният ток за един период в еднофазна еднополупери-
одна схема на изправяне при честота 50 Hz при максимално до-
пустима температура на тиристора и номиналиа скорост на дви-
жение на охлаждащия въздух. Средният ток определи класа на
тиристора по ток.
2. Номинални средни стоимости на тока за различна режи-
ми. Обикновено се дават стойностите на допустимия среден ток
за работа в различии видове токоизправители при различна про-
водимост на тиристорите, в инвертори за различии честоти, в
прекъсвачите на ток и т. и. Понякога тези стойкости се задават
графически.
3. Защитна стоимости на тока при препюварване. Обикно-
вено се дават няколко стойности на тока в зависимост от про-
дължителността на протичането му. Тиристорът може да издър-
жа 100 — 500 такива претоварвания за целия срок на служба.
Тези токове обикновено се задават за синусоидна форма и се
наричат ударии.
Като мяркй за претоварване и защита служи величината f4,
според конто се пресмятат предпазителите или другите защитив
елементи.
4. Ток на утечка 1уТ(1о)- Измерва се при под адено напрежение
според класа на прибора и се усреднява за цяла серия тиристори.
Фактически този ток характеризира съпротивлението на тиристо-
ра в запушено състояние.
5. Ток на задържане /зад (/ н)- Характеризира максималния
аноден ток, при който тиристорът все още не се включва. Този
ток е силно температурно зависим.
б. Ток на изключване Това е минималният аноден
ток, при който тиристорът остава все още включен. Двата тока—
•4 Тиристорна техника
49
Кац и /изкл, са важни параметр!!, по които се изчисляват анодни-
те вериги и продълж телността на импулсите на управление с
цел сигурното вклкжване и запушване на тиристора.
3.1.2. Напрежителни параметри на тиристорите
Напрежителните параметри на тиристорите са следните-
7. Номинално повтарящо се напрежение Ua(JJDRM) (напреже-
ние на класа). Това е напрежението, което може да се прилага
върху тиристора многократно без опасност от превключване и по
което трябва да с? ориентират конструкторите на схеми. Стой-
кое itt му е съобразена с определен коефициент на запаса по отно-
ше не на пробивното напрежение.
8. Максимално обратно напрежение Uом (Ursm) Това е мак-
сималпото напрежение, което може да се приложи на ти тистора,
без да има опасност от разрушаване. При лавинните тиристори то-
ва е напрежението на лавинния пробив.
Напрежение на включване UBK1,(Uвк)- Това е напрежението,
при което тиристорът се включва в права посока при липса на
управляващ импулс.
10. Неповтарящо се напрежение UHBn (L/dsm)- Това е допус-
тимого неразрушаващо напрежение, което се получава при голе-
ми аномалии в работата на схемите, пренапрежения и т. н. и слу-
жи за изчисляването на RC групите на тиристорите.
11. Пае) на напрежението в права посока в отпущено със-
тояние &Ua (67г)- Обикновено се измерва при честота 50 Hz,
като падът на напрежение върху тиристора при пропускане на
един полупериод се усреднява за цял период. Понякога се зада-
на и моментната стойност на пада върху тиристора при амплитуд-
на стойност на полусинусоиден ток 50 Hz и средна стойност,
равна на 1В.
12. Параметри на волтамперната характеристика на ти
ристора в отпущено състояние Uo, Ra (UF, rr). BAX на тирис"
тора в отпущено състояние може да се апроксимира според из"
раза и ~ио+1Кл. В каталозите се дават усреднените за дадена
партида тиристори стойности на напрежението Uo и на динамич*
ното съпротивление RK при стайната температура. Апроксимаци-
ята на ВАХ с този прост израз позволява да се определи падът
на напрежение върху прибора във всеки момент от време и оттам
загубите в тиристорната структура.
3.1.3. Топлинни параметри на тиристорите
Топлинните загуби в тиристорите се получэват в малък обем
на полупроводниковата структура, след което се разпространя-
ват в различимте слоеве и се отвеждат в околната среда. При
50
преминаването си от източника на топлина до околната среда
топлиниият поток среща съпротивление. За да се характеризира
системата тиристор — охладител — външна среда, се въвеждат
следните съпротивления:
13. Общо установено топлинно съпротивление (RTh).
Свързва надвишаването на температурата на силициевата плас-
тина над температурата на окръжаващата среда с мощността,
конто се отдели в тиристора в установен режим.
14. Вътрешно топлинно състояние /?вт (Нтщс)- Свързва
надвишаването на температурата на силициевата пластина над
температурата на корпуса на тиристора с мощността, конто се
отдели в тиристора в установен режим.
Освен тези установени стойности на топлинното съпротивле-
ние в справочниците се дават и стойностите на преходните топ-
линни съпротивления, които характеризират тиристора като топ-
линна система при отделянето в него на импулсна мощност.
С цел да се изчислят допустнмите токови иатоварвания при
различии режими на работа, се задават и някои характерни тем-
ператури за прибора.
15. Максимално допустима температура втах • Тя характе-
ризира усреднената максимална допустима температура иа при-
бора и се определя въз основа на температурно зависимите пара-
метри на тиристора.
16- Температура на корпуса 6К. Това е максималната тем-
пература, конто не трябва да се надвишава в определена точка
на корпуса.
17. Темперапгура на охлаждащата среда Нс. Тя характери-
зира температурата на околната среда, измерена на определено
разстояние от прибора.
3.1.4. Параметри на управляващия електрод
За да се отпуши тиристорът, необходимо е на неговия УЕ да
се подаде сигнал с определена амплитуда, продължителност и
полярност. При това амплитудата и продължителността на управ-
ляващия сигнал се ограничават отдолу и отгоре от ред изисква-
ння. Основните параметри, които характеризират управляващата
верига на тиристора, обикновено се свеждат към следните:
18. Управляващ ток /у (/о) — характеризира най-малката стой-
ност на управляващия ток, при която се включват всички прибе-
ри от даден тип.
19. Управляващо напрежение Uy (Об) — напрежението, приложе-
но между У/? и катода, което осигурява /у.
Освен това с цел да се предпазят тиристорите от лъжл иви
включвания, се задават максималните стойности на управляващите
ток и напрежение, при конто тиристорът все още не може да се
к л ючи.
51
Параметрите на УЕ най-често се задават във вид на пускова
облает, в конто се различават няколко части. По-подробно те са
разгледани в гл. 9.
3. 2. ДИНАМИЧНИ ПАРАМЕТРИ НА ТИРИСТОРИТЕ
Докато статичните параметри характеризират тиристора като
схемен елемент в едно от двете му устойчиви състояния — запу-
шено или отпущено, динамичните параметри го характеризират в
преходните режими на преминаване от едно състояние в друго.
Те определят нарастванията на тока или напрежението, при конто
няма опасност от разрушаване на структурата по време на пре-
ходния процес на включването или да не се получи включване на
тиристора при големи нараствания на напрежението в права по-
сока.
Тъй като обикновено тиристорите работят в силови вериги и
превключват големи токове и напрежения, динамичните парамет-
ри се оказват много важни за нормалната работа на устройствата.
Към динамичните параметри при включване се отнасят пара-
Ди. dia
метрите и времето на отпушване (отп, а към параметри-
те при изключване — времето за запушване и зарядът на изключва-
не Qu.
20 Скорост на нарастване на правото напрежение в права по
du / duD \
сока I—I - Тя характеризира най-голямата скорост на на-
растване на анодното напрежение в права посока, при конто ти-
ристорът все още не се включва.
Г, dua
Параметърът се определи при преминаването на анодно-
то напрежение през нулата. Това се обяснява с факта, че в този
„ . dua
момент има най-доори условия за отпушването на прибора от
тъй като непосредствено преди това върху тиристора е било при-
ложено обратно напрежение с цел възстановяване на неговите уп-
равляващи свойства. В момента на преминаване на анодното на-
прежение през нулата има най голяма възможност в базите на ти-
ристора да се е съхранил остатъчен неравновесен заряд, който
под действието на dt създава ток в двата транзистора и въз-
можност за отпушване на тиристора.
С цел да се ограничи този парамгтър в много схеми се из-
ползуват специални елементи. Обикиовено това са RC групи, вклю-
чени паралелно на тиристорите.
21. Скорост на нарастване на тока през тиристора в права по
52
dia ( dit \
сока dt II — определи скоростей на нарастване на анодния ток
през тиристора, при конто няма опасност от разрушаване на ти-
гд dia I
ристорната структура. Параметърът , конто се дава в спра-
“ 1пих
вочниците, е допустимото максимално нарастване на анодния ток,
при който няма опасност за тиристора. За съжаление обаче този
параметър често липсва в справочните данни, понеже е трудно
да се измери или изчисли, още повече че е силно честотно зави-
сим. Никои фирми дават във вид на графики допустимото на-
растване на тока през прибора, други определят тази величина в
зависимост от скоростта на нарастване на управляващия импулс.
22. Време на отпушване на тиристора /отп (4/)- Като динами-
чен параметър е прието времето на отпушване imv, на тиристора
да се определи като интервал от време между началото на уп-
равляващия-импулс и момента, когато напрежението в права по-
сока върху тиристора спадне до 10% от първоначалната си стой-
ност. Времето на отпушване зависи от големината на управлява-
щия импулс и от характера на товара. Този параметър е нужен
при изчисляването на силовите вериги, при определяне на комута-
ционните загуби и на параметрите на управляващата верига. Ос-
dia
вен това от него зависи допустимата стойност на
Параметърът /отп има особено важно значение при последова-
телното и паралелното евързване на тиристорите. Голямата раз-
лика във времето на отпушване води до значителни претова; ва-
ния на отделяйте прибори по ток и но напрежение.
Времето на отпушване зависи от много схемни фактори:
а. Времето на отпушване зависи от амплитудата и продължи-
телността на управляващия импулс (УИ). Колкото по-голяма е
амплитудата на УИ, толкова по-малко е /отп. Освен това същест-
вува минимална критична продължителност на УИ, конто е тол-
кова по-малка, колкото по-голяма е амплитудата на импулса.
б. Времето на отпушване на тиристора е обратнопропорцио-
нално на фронта на импулса на управление. По тази причина, ко-
гато е необходимо малко tmn, нарастването на УИ трябва да бъ-
де не по малко ст 1 A/ps, а амплитудата — над 1 А.
в. Времето на отпушване нараства с увеличаването на анодния
ток.
г. Времето на отпушване се увеличава при индуктивен харак-
тер на товара, тъй като се намалява скоростта на нарастване на
анодния ток.
23. Време за запушване t3 (tg). Това е важен параметър, оп-
ределят. бързодействието на тиристорите. То се определи като
минималния интервал от време от момента, когато анодният ток
е спаднал до нула, до момента, когато през нула преминава пов-
53
торно подаденото анодно напрежение в права посока, без тирис-
торът да се отпуши.
Времето за запушване зависи от редица схемни и външни фак-
тори, конто по един или друг начин въздействуват на пронесите
в тиристора на етапа на неговото запушване (вж. т. 1.7).
а. Времето за запушване се увеличава с увеличаване на по
стоянния аноден ток, тъй като при това расте броят на натрупа
ните в базите неосновни токоносители, конто трябва да се раз-
сеят при запушване.
б. С увеличаването на обратного напрежение t3 намалява, ты?
като се увеличава интензивчостта на разсейване на токоносители-
те. Ако запушването на тиристора става чрез прекъсване иа тока*
без да се придана обратно напрежение, то t3 е равно на времето
на рекомбинация на неравновесните токоносители в базите на
прибора.. Времето за запушване е по-голямо, когато тиристорът
се възстановява при малки обратим напрежения. При обратни на-
прежения над 100 V това явление не се наблюдава.
в. Времето за запушване се увеличава с увеличаването на тем-
пературата на кристала, тъй като се увеличава животът на дуп-
ките в широкатэ N база.
г- Времето за запушване се увеличава с увеличаване на ам-
плитудата и скоростта на нарастване на повтарящото се анодно
напрежение в права посока.
д. Времето за запушване зависи от скоростта на спадане на
анодния ток в права посока. Тази зависимост е еднозначна и обик-
новено се задава в справочниците.
Времето на запушване характеризира честотните възможности
на тиристорите да блокират аноднэто напрежениев права посока.
Но тъй като веднага след подаването на обратно напрежение в
базите на тиристора има много токоносители, в първия момент
той провежда в обратна посока За да се характеризира способ-
ността му да блокира обратного напрежение, се използува пара-
метърът „време за обратно възстановяване", което се измерва с
интервала от подаване на обратного напрежение до момента, в
който тиристорът започва да го поема върху себе си. Този пара-
метър не е основен, но понякога има значение при изчисляване
на спомагателни вериги.
На фиг. 3.1 е показана схема, с конто ще бъдат обяснени ди-
намичните параметри на тиристорите. Предполага се, че изслед-
ваният тиристор е Тг и че неговата верига има товар, като товар-
ната индуктивност е малка и служи само за задържане на то-
ка. ТI се запушва при включването на Т%. тъй като предварител-
но кондензаторът Ск е бил зареден до напрежение Ео с указана-
та на фиг. 3.1 полярност. На фиг. 32 са показани кривите на то-
ка и напрежението поез тиристора, като на първите две графики
са показани управляващите импулси на двата тиристора. Върху
осцилограмнге нафиг. 3.2в и г са означени съответните динамич-
54
ни параметри на тиристора 7\. Гези параметри са схемни, защо-
то се определят от схемата на включване. Необходимо е те да са
съобразени с допустимите дивамични параметри на тиристора.
3.3. ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ЗАГУБИ В ТИРИСТОРНАТА СТРУКТУРА
Тъй като в отпушеио състояние през тиристорите протичат
големи гокове, а запушено върху тях се прилагат значителни
напрежения, то много важно е да се знаят загубите в тяхната
структура, за да могат да се определят допустимите натоварва-
ния за различимте режими на работа и да се избере начин за ох-
лаждане. Загубите в тиристорите се определят оснсвно от пада
в права посока, токовете на утечка в право включване и обрат-
на запушено състояние, загуби в управляващия елекгрод и загу-
би през преходния процес на отпушване и запушване. Определят
е един или друг фактор в зависимост от режима на използуване
на тиристорите [4, 22, 33, 34, 36].
3.3.1. Загуби в тиристора при работа на писки честоти
Мэщността, конто се отдели в тиристорната структура, се оп"
ределя от тока, който протича през нея, и пада на напрежение*
Ако в отпущено състояние ВАХ на тиристора се апроксимира с
израза и= U0-{-iRn (вж. т. 3.1.2) и се предположи, че формата
на тока е част от синусоида, то от общата формула за загубна-
та мощност
, т
Ри=Лг juiit (Л1)
О
за периодичен режим на работа на тиристора ще се получи
I с+ ’-^пр
f (0'c+z7?«)/ffisinM'0', (3.2)
където <рПр е ъгълът на проводимост на вентила, а а — ъгълът на1
регулиране.
Решаването на (3.2) позволява да се намерят загубите в щрук-
турата '
Ро—6/Q/u 4*/?Д Р—3’ Рр,(кф 1а )“.
(3.3).
където k9 е коефициентът на формата на тока, равен на отно-
шението на ефективната I и средната Ja стойност.
От формулата се вижда, че загубите зависят от формата на
тока и ъгъла на проводимост.
При активно-индуктивен характер на товара използуването на
тази формула дава определен запас за натоварването на венти-
лите.
На фиг. 3.3 са показани ти -
пични зависимости на загубна-
та мощност в тиристора от
средната стойност на тока при
различии ъгли на регулиране а.
в схемата на еднофазен едно-
полупериоден токоизправител.
Вижда се. че с увеличаване на
ъгъла а мощността расте, кое-
то се обяснява с нарастването
на коефициента на формата кф.
Допустимата загубна мощ-
ност зависи от температурата
на околната среда и условията
за ох лаж дане.
Ако е невъзможно функция-
та на тока през тиристора да се опише аналитично, използува се
методът на суперпозицията, при който импулсът на тока с про-
изводна форма се преобразува в по следов ат елност от правоъгъл-
ни импулси.
Освен усреднената загубна мощност по (3.1) може да се оп~
56
ределят и моментните стойкости ла мощността, конто позволяват
да се намерят екстремните температури.
За приблизителни начисления на мощността, отделяща се в.
приборнте в запушено състояние, се използуват следните изра-
зи [17]:
Рпр (3.4}
Ръбр ут^Каобр l^arn оброобр, (3.5}
където Ка е отношение™ на напрежението върху вентила към
амплитудната стойност на това напрежение
(Ьатпр—в права посока и UamобР в обратна посока);
о — проводимостта на вентилите в права и обратна
посока; често тази мощност се приема равна на
1—2% от мощността, получена от правил ток
през тиристора.
Мощността, която се отдели в управляващата верига, може-
да се определи по споменатия начин за определяне на мощност-
та, отделяна при протичането на правил ток, тъй като ВАХ на
управляващия преход също може да бъде изразена с подобна!
апроксимация. Разбира се, при това няма да бъдат отчетени из-
мененията на входната характеристика, дължащи се на превключ-
ването на тиристора.
Ако управляващият импулс е правоъгълен с параметри Uv,
Iy, ty, то мощността, която се отдели в прехода /73, ще може
да се изрази с равенство™
^=(1,14-2,0)^/,,/^.
Тази мощност по стойност не е голяма и може да не се отчита
в сравнение с предишните. Опасни са обаче моментните й стой-
кости, конто могат да доведат до локални прегрявания около
управляващия електрод.
3.3.2. Загуби в тиристорната структура при работа
в обхвата на повишени честоти
При ниските честоти, конто са характерны за повечето изпра-
вителни схеми, а също така за голям брой инверторни схеми и-
прекъсвачи, комугационните загуби са незначителни и затова не
се отчитат. За честоти над 400 Hz и особено в обхвата на по-
вишени (10004-10000 Hz) и па високи(над 10 kHz) честоти тези
загуби са основни и определят допустимите натоварвания по ток
на тиристорите. Мощността на комутациоините загуби зависи от
характера на товара, формата и амплитудата на анодния ток и
напрежение, а също и от параметрите на управляващия импулс.
Много разпространени са веригите, в конто токът през тиристо-
57
рите при повишени честоти ими синусоидна форма (най-често ре-
зонансни инвертори).
Теоретичните и експерименталниге изследвания [21, 22] по-
казват, че преходната характеристика на включване на тиристора
при протичане през него на синусоиден токов импулс се състои
от следните три участъка.
1. Участък на спада, през който напрежението спада от на-
чалната стойност Ео до IE .
2. Участък на уставовяване, който характеризира модула-
цията на съпротивлеичето на базите на тиристора.
През интервалите на спада и установяването участъните мо-
гат да се апроксимират с експоненти с времеконс таити съответ-
но тс и Ту.
3. Участък на разпространение който е резултат от крайната
скорост на разпрострапение на проводимостта на палупроводни
ковия диск с голяма площ. Тоз i процес започва веднага след
етапа на спада и процесите, характерно за етапа на установява-
не и разпросгр тонне, стават паралелно. Отначало обаче опреде-
.лящ е процесът i.a установяване, а след това - на разнростра-
нение.
През време на разпространението напрежението на тиристора
при преминаншне на полусинусоидния токов импулс има вида
2/а, <-0.in ? t
__ til
Р - Kp„+l/0(/-tcn )? ’
(3.6)
където Ium e амплнтудата на токовия импулс;
Ro— специфичного съпротивление на п> упроводнико-
вия диск (й. сгп2);
г0 — радиусът на първоначалло вклгвченага облает
(т(1--=«0,2 mm);
Ио — средната скорост на разпространение на проводи-
мостта(1/0 0,1
А, — иродължителността на токовия импулс.
За загубите в преходния режим на отпушване на тиристорите
на различните участъци се получават следните коефиииентг;:
р ._____Z. f sln[arcig 0.87rizc„ Ш
ц = = о и/ н siniarctg0’-( )+ caR' .
У £о4,я 2^025+(ту/)-
(3-7)
(3.8)
Рп.Юи
'1р = ННг=8’4~8’4 кЛ7сп 4-/у){1-Г2лЛ^п+и2+
W
58
+0,08 [2</cn + Zy )3]. (3.9)
За намираие на пълните загуби при преминаването на синусо-
иден импулс с висока честога през тиристора е необходимо да
се отчитат и загубите от обратния ток. Като се приеме, че при
запушване токът спада по експонента с времеконстантна тос, а
напрежението остава примерно постоянно, за относителния коефи-
циент на загубите от обратния ток се получава
Р k
= р-р- = 46 sinw/0(/oc f), (3.10)
am
където k е коефициент, характеризиращ отношението на обрат-
ного напрежение към напрежението на захранващия
изгочник;
t0 — моментът, в който обратният ток започва да се
ограничава;
== 2,Зт(1С,
toe —времеконстантата на спадане на обратния ток.
По изведенпте загубни коефициенти може да се определи пъл-
ната загуба на мощност в тиристора
р-^Ыпсп+Пу 4-Пот)+(М)г1|р -10-и+ и~, (3.11)
където Uo е напрежението на отсечка.на ВАХ на тиристора.
3.3.3. Товарна способност на тиристорите
Елекгрическиге загуби в тиристорите в крайна сметка опре-
делят нагряването на структурата, което е свьрзано с товарната
нм способност, тъй като тя се определи от максималната темпе-
ратура, при конто все още приборът не се разрушава. За да се
изчисли нагряването на тиристора в периодичен режим, се изпол-
зува усреднената за едит период стойност на загубната мощност
и установеното топлинно съпротивление Ртн- Температурата на
полулроводниковия елеменг може да се определи по формулата
Т=PRtii-RToc .
кьдето Тосе температура на окэлната среда. В дадения случай
е намерена ингегралната стойност на температурата. В най-общ
вид това не е максималната (т. е. опасиата) температура, тъй ка-
то усреднената мощнэст може да бъде чувствително по-малка
от моменгната пикова мощност. Товарната способност на тирис-
торите зависи от режима на тяхната работа. Причината за това
е основно пиковата температура, конто се получава в преходни-
те режими.
Товарната способнэст на полупроводяиковите прибора зависи
също от иатензивността на охлаждане. Когато се използува при-
59
нудигелно охлаждане, възможностите за увеличаване на товарния
ток нарастват с повишаване на скоростта v на охлаждащия въз-
дух (фиг. 3.4 а) или разхода Q на охлаждащата течност (фиг.3.4 б)-
С увеличаване на температурата на околната среда товарната.
способност на тиристорите намалява^ (фиг. 3.4 б). Това се сбяс-
нява с изменението на топлинното съпротивление на тиристорите
при различна интензивност на охлаждане.
Товарната способност на тиристорите силно зависи от чесго-
тата, тъй като на загубната мощност много силно влияят ксму-
тационните загуби (вж. точка 3.3.2). На^фиг. 3.5 е показана гра-
фиката на изчисление на товарната споссбност на тиристора ТЧ-
50 при преминаване през него на синусоидни импулси с ампли-
туда lam, широчина /„ и честота на повторение f.
Зависимостта на максимално допустимия ток от tK има явно
изразен максимум в сбластта /„ = 50-ь 100 ps. Това се обяснява
с факта, че при /„>100 ps се включва цялата повърхнсст на
структурата и загубнат; мощност Рпр се определя в голяма сте-
лен от протичането на правия ток.
При /и <50 ps в течение на импулса се включва само част от
структурата и максимално допустимият ток се определя основно
от комутационните загуби В този случай с намаляване на t„ се
увеличава средната загубна мощност. В същото време максимал-
мо допустимата мощност завися от времето, тъй като при по-мал-
ки времена се намалява включенага повърхност. Затова и мак-
сималнэ допустимата амплитуда на тока трябва да се намали с
намаляването на .
Особен интерес представляват кратковременное претоварвания
по ток. Тиристорите имат ниска претоварваща способност. Това
се обяснява основно с малката топлинна инерционност на полу-
проводниковая прибор и големите специфични загубим мощности
в неговия обем. Ако лретоварването възникне, след като прибо-
рът е бил натоварен и температурата му е Достигнала номинал-
иата си стойност, лретоварването ще повиши още повече тем-
пературата, което влошава параметрите на тиристора.
При циклично преговарване резките колебания иа температу-
рата увеличават механичнаге напрежения между отделяйте еле-
менти на прибора, от което се получава стареене на тиристора
3.3.4. Охлаждане на тиристорите
От предишната точка стана ясно, че товарната способност на
тиристорите много силно зависи от начина на охлаждането им.
'Колкото по-малко е топлинното съпротивление на охладителя, тол-
кова по-голяма мощност може да се отведе от прибора, което
означава, че през него може да се пропуске поголям ток.
Найтолямо разпространение са получили два начина за охлаж-
дане на тиристорите: въздушно (естествено и принудително) и
водно.
При въздушното охлаждане се използуват раднатори с голя-
ма повърхност. Като материали за радиатори се използуват мед
и алуминий. Поради по-малката маса и стойност в последно вре-
ме по-често се използуват алуминиеви радиатори. Съществуване-
то обаче на голяма електрохимична потенциална разлика „мед —
алуминий" причинява корозия (особено на алуминия), от което се
влошава контактът прибор — радиатор и се увеличават електри-
ческото и топлинното съпротивление между тях. За отстраняване
на този недостатък повърхността на радиатора, към конто се за-
крепва тиристорът, се покрива със специален слой за отстраня-
ване на корозията. Освен това за аноден извод се използува
медиа пластина, поставена между радиатора и тиристора. Обикно-
вено радиаторът се свързва към анода на прибора.
При естественото въздушно охлаждане топлоотдаването се
осъществява през граничния слой от въздух в близост до радиа-
тора и чрез последващата свободна конвекция. Топлоотдаването
при принудителното въздушно охлаждане се извършва за сметка
.на принудителната конвекция.
61
Характерно за тиристорите с таблртъчна конструкция е, че се
използува двустранно охлаждане, при което радиаторите се по-
ставят на двете основи на прибора. В този случай се изисква
строго изпълнение на правилата за монтаж на прибора с радиа-
торите, за да се получи най-голяма контактна повърхност между
него и прибора.
В случай на принудително въздушно охлаждане топлинното
съпротивление зависи от скоростта на движение на охлаждащия
въздух. Обикновено тази зависимост се дава в справочниците,
което позволява да се изчисли допустимият товарен ток при за-
дадена интензивност на охлаждане.
Трябва да се има предвид, че посоката на въздушния поток
трябва да бъде строго паралелна на ребрата на радиатора (от-
клонение до 10%). В противен случай ефективността на охлаж-
дането рязко спада и товарният ток намалява.
Водното охлаждане е по-ефективно от въздушното. Както и
при въздушното охлаждане, и тук топлинното съпротивление на
радиатора зависи от скоростта на охлаждащата течност.
Особено ефективно е двустранното водно охлаждане, което
позволява да се повиши плътността на тока на силициевата плас-
. тина. При използуване на вода като охлаждащ агент към нея се
предявяват специфични изисквания относно специфичного й елек-
трическо съпротивление. В противен случай водният стълб може
да послужи за електрическа връзка между различии точки на
схемата.
Водното охлаждане усложвява конструкцията на вентилните
блокове и устройства, увеличава габаритите и изисква специал-
на.често пъти нестандартна апаратура. Това създава определени
трудности, но в последно време все по-често се прилага групо-
вото охлаждане, при което се използуват шини, служещи одно-
временно за радиатори и проводиици на тока.
3-4. МЕТОДИ ЗА ЗАПУШВАНЕ НА ТИРИСТОРИТЕ
Както вече се отбеляза, за да се възстановят управлявагци-
те свойства на тиристорите, необходимо е за определен момент
от време да се прекъсне токът през тях. Трябва да се изчака
толкова време, че общият коефициент на усилване а да стане по-
малък от 1. Затова и методите за запушване на тиристорите се
свеждат до методи за намаляване на еквивалентния коефициент
а=ар +а„ и поддържането му помалък от 1. Най-целесъобраа-
но е да се използува зависимостта на а от стойността на анодния
ток. И затова във всички схеми с тиристори запушването се осъ-
ществява чрез намаляване на анодния ток. За тази цел се изпол-
62
зуват комутационните вериги в схемите, конто прекъсват тока,
изменят неговия знак или подават обратно напрежение на тирис-
тора.
За да се покажат особеностите на запушването на тиристора
като схемен елемент,
може да се нзползуват
схемата от фиг. 3.6а и
графиките на тока и на-
прежението при запуш-
ване, показани на фиг.
3.6 г. Елементите на
схемата L и С,< се сре-
щат обикновено във
всички устройства с ти-
ристори и затова об-
съждането' на поведе-
нието на тази схема има
сбобщаващ характер.
Когато тиристорът Ту е
отпущен, токът през не-
Ео
го е ——, а напре-
ет
жението върху конден-
затора Ск има посоче-
ната полярност. Нека в
момент t=0 се отпуши
Т2 (фиг. 3.6 б). Тогава
започва процесът на за-
пушване на Ту с помощта на обратного напрежение Uc . В
първия момент L/c пада изцяло върху L- Това означава, че то-
Е
кът za през Ту намалява от до нула с начална скорост
d< ис
л’, =------£—• Анодният ток преминава през нулата и изменя
I изкл
своята посока. Периодът от време ty~t2 (фиг. 3.6 г) характери-
зира възстановяването на ключовите свойства в обратна посока.
Това време (tn=t2—ty) съответствува на интервала от га=0 до
момента, когато обратният ток през прибора се намали до 10 % от
максималната стойност /обршах- На практика ty—12 съставя малка
част от пълното време, необходимо за възстановяването на управ-
ляващите свойства в права посока (/3).
След преминаването на обратния ток през максимума обратно-
ю напрежение върху Т{ се определи от индуктивността на схе-
мата и скоростта, с която обратният ток намалява. В зависимост
от параметрите на прибора и схемата тиристорът може да се
63
запуши много рязко, което води до индуциране на опасни пре-
лапрежения.
Според вида на комутацията (начина на запушване на тирис-
торите) всички сътцествуващи схеми могат да се разделят на две
групп. В едната трупа приложено™ а водно напрежение измени
своя знак и запушва по такъв начин тиристора. Тази комутация
•се нарича еспгествена или мрежова. В другата трупа схеми за-
хранващото напрежение е постоянно, от което следва, че трябва
.да се прибегне към спомагателни схемни средства за намалява-
нето на анодния ток. Тази комутация се нарича принудителна
или изкуствена.
Към първата трупа се отнасят устройствата, които работят
главно в режим на изправяне. В тях тиристорите се запушват,
след като анодното напрежение измени своя знак и анодният ток
намалее до нула. При промишлена честота схемного време за за-
пушване е много по-голямо от времето за запушване на тиристо-
ра. Това осигурява висока ефективност и заедно с малкия пад
върху тиристора в отпушено състояние определя тиристорите ка -
то почти идеални елементи в токоизправителите, прекъсвачите
на променливо напрежение и т. н.
«
3.4,1. Особености на принудителната комутация
Вторият вид комутация е несъмнено по-сложен и дава въз-
можност за по-голямо схемно разнообразие. Сыцествуват много
схеми, които работят с постоянно захранване —постояннотокови
регулатори, инвертори, превключватели и т.н. Независимо от
това според начина на принудителна комутация схемите могат
да се разделят на две групп: с последователна и с паралелна
комутация в зависимост от това, дали зареденият предварително
до съответно напрежение кондензатор се включва последова-
телно или паралелно на запушвания тиристор (фиг. 3 7 а и б).
На фиг. 3.8 е показана разновидност на последователната ко-
мутация — ключът К прекъсва за определено време анодния ток.
Такъв начин за запушване често се използува в сигналните сис-
теми, Тъй като разсейването на токоносителите при този случай
става само за сметка на рекомбинацията, времето за запушване
е с порядък по-голямо от времето при запушване с обратно на-
прежение.
Най-често срещаната последователна комутация е капацитив-
но-последователната. На фиг. 3.9 са показани два случая, при
които товарният резистор се свързва последователно или паралел-
но на комутиращия кондензатор. Както се вижда, тиристорът
фактически е свързан във верига с променлив ток, ако парамет-
рите на LCR кръга са избрани така, че да създават резонансни
трептения. При тези условия комутацията се извършва благода-
64
рение на измене нието на посоката на т ока в кръга. Необходима-
та енергия за комутация се определя от напрежението, до което
се е заредил кондензаторът в края на полупериода. Този вид ко-
мутация се използува в схемите на последователни инвертори,
Фиг. 3.9
които подробно се описват в гл 7. В случая, даден на фиг. 3.9а
резонансната честота се определя по известната формула
р _ JL | 1 { £к_ Г
(3.12)
При включване на тиристора възниква синусоиден ток. Нод него-
во въздействие кондензаторът Ск се зарежда в края на полу-
периода до напрежение UCmax >Е0. В следващия полупериэд то-
кът през кръга се стреми да промени посоката си, но тиристо-
рът не може да провежда. В резултат върху тиристора се уста-
новява общо напрежение, определящо се от 7/Стах и Ео. Ако
приложеното напрежение на комутиращия кондензатор се задър-
жи достатъчно дълго време, тиристорът се запушва и става въз-
можно повторного прилагане на напрежение в права посока. за-
щото ти исторът може да го блокира.
5 Тиристорна техника
65
Както е известно, наличието на резонанс в тази верига
можно при изпълнение на
е въз-
неравенството
ск
(3.13)
За малък товарен ток
Резонансната й честота се
е подходяща схемата от фиг.
определи от иэраза
L
1 2к ^Jlkck 4Ricl
(3-14)
Условието за възникване на трептения в тази схема е
7?
4СК
(3.15)
Двете схеми на фиг. 3.9 са равностойни, но при схема 3.9 б
комутиращият кондензатор е свързан паралелно на товарния ре-
. зистор и поддържа товарния ток в по-голяма част от работния
цикъл.
Почти във всички схеми на прекьсвачи, превключватели и па-
ралелни инвертори се използува паралелна комутация. Характерно
за нея е, че предварителио натрупаният заряд в комутиращия кон-
дензатор създава условие за запушване на основчия тиристор
при съответно включване на този кондензатор паралелно към
тиристора. Комутиращият кондензатор през време на комутацията
се презарежда с постоянен ток, с тока в резонансен кръг или в
някаква RC верига.
Времето на презареждаие на комутиращия кондензатор е мно-
го малко в сравнение с времето на установено състояние на схе-
мата, поради което се приема, че изходното напрежение е с
правоъгълна форма На изхода на схемата обаче може да се съз-
даде и синусоидно напрежение, ако работната й честота се оп-
редели от времеконстантите при зареждането и разреждането на
Ск. На фиг. ЗЛО са показани няколко конкретни схеми на пара-
лелна и последователна комутация.
Когато в схемата, дадена на фиг. 3.10 а, е отпушен Ть Ск се
зарежда до напрежение Ео с полярност, показана на фигурата.
Когато се отпуши другият тиристор 7'2, кондензаторът се окавва
включен паралелно към 7\ и по такъв начин в началния момент
7'j получава отрицателно напрежение, равно на Е6. По нататък Ск
се презарежда с времеконстантатат=Д1Ск, която трябва да е дос-
татъчно голяма, за да може 7\ да възстанови управляващите си
свойства. В края на презареждането напрежението на Ск става
равно на Ео, но е с обратна полярност. Това означава, че Тг от.
66
ново може да се отпуши. След това процесите се повтарят. Тази
схема показва класическата паралелна комутация и е в основата
на паралелния инвертор.
Схемата от фиг. 3.10 б е на прекъсвач на постоянен ток. Ко-
Фиг. 3.10
мутнрашият кондензатор се зарежда резонансно през L и Д. За
работата на схемата е необходимо първоначално кондензаторът
да бъде заредей с полярността, показана на фигурата. Когато се
отпуши основният тиристор 7\, Ск се презарежда в кръга Ск ,
Tlt L, Д с обратна полярност до напрежение, равно на £0. Дио-
дът Д задържа това напрежение, докато се наложи да се запу-
ши Т, чрез отпушването на 72.
Схемите от фиг. 3.10 виг имат еднакви особености — пора-
ди автотрансформаторного действие на индуктивността LK кон-
денз >торът Ск се зарежда до напрежение, по-високо от Ео- В
иървата схема комутацията започва с отпушването на Т2, а във
вгорага —при пасищането на магпитопровода на LK, имащ право-
ъгълна крива на намагнитване. Тази схема е първият патентован
прекъсвач на постоянен ток и е известна като схема на Морган.
Схемата, показана на фиг. 3.10 д, лежи в основата на пара-
лелния инвертор с обща катодна индуктив.чост. Комутацията се
извършва подобно на комутацията в схемата от фиг. 3.10 а, но
кондензаторът се разрежда в трептящ кръг.
На фиг. 3.10 е е показана схема, в която комутацията се из-
вършва благодарение на резонансния разряд на комутиращия
кондензатор в трептящия кръг, състоящ се от Ск, Т2, L2 и Д2.
Когато токът на кръга стане по-голям от товарния ток, диодът
Д2 се отпушва и основният тиристор 7\ се запушва.
На фиг. 3.10 ж и з са показани два варианта на последовател-
67
на комутация. В първня от тях комутирэщите импулси се по-
давят от външен източник, а във вгория последователно с основ-
ния тиристор се въвежда напрежението на кондензатора Ск и
той се запушва.
Разгледаните типове комутации са в основата на работата на
постояннотоковиге регулатори и на инвергорите, които ще бъдат
ocHOBfio разгледани в гл. 6 и 7.
3.5. НИКОИ ОЗНО8НИ ПРЕПОРЪКИ ЗА ИЗПОЛЗУВАНЕ
НА ТИРИСТОРИТЕ
Тиристорите се използуваг в най-разнообразни схеми, които
могат да се разделят на три класа според режима на работа: 1)
изправителен режим; 2) илверторен режим и 3) режим в схеми
на прекъсвачи.
Тези три класа схеми са разгледани по-нататък. Тиристорите,
използувани в тях, се намират в строго специфична условия, в
зависимост от които се определят параметрите им. Допустимите
режими на работа определят граничите, в които може да се
. използува приборът, б:з да има опасност да се повреди той. или
схемата, в конто е включен. Необходимо е да се знаят условията
за работа и характерно т-иките на приборите, за да се изчисли ре-
жимът. така че в процеса на работа да не се надвишават гранич-
ите параметри.
3.5.1. Последователно свързване на тиристори
Ако напрежението на веригата. в конто е свързан тиристорът»
надвишава номиналното му напрежение, необходимо е последо-
вателно да се включват два или няколко тиристора. Последова-
телното включване на тиристорите има редица особеносги, по-
главниге от които са следните.
Когато тиристорите са включени последователно, през тях про-
тича един и същи ток. Тъй като характерногнките на приборите
дате от един и същи тип са различии, въчшчото напрежение се
разпределя неравномерно между тях Нафиг.3.11 са показаны
типични ЬАХ в права посока на два тиристора. При еднакъв ток
напрежението на Тг е много по голямо от това на 7'„. Това се
обяснява с факта, че тиристорът 7\ има по-малка стойност
на тока на задържане. При увеличаване на вьчшното напрежение
об цият ток достига до стойността /зад и Тг се отпушва При
това цялото напрежение пада върху Те и той също се отпушва.
За да могат да се използуват напълно блокиращите свойства на
тиристорите, необходими са специалня изравняващи вериги, които
максимално приблнжават ВАХ на свьрзаните последователно ти-
68
ристори. Тъй като в права посока има по голима разлика в харак-
теристиките, тези вериги ще изравняват и обратного напрежение
на тиристорите.
Най-често за изравнителни елементи се използуват резистори,
свързани паралелно на тиристорите. Общият ток нрез такава ве
рига се определя от тока през тиристорите и съпротивленията.
Токът е постоянен, а във всяко звено той се раздела в зави-
симост от шунтиращото съпротивление и съпротивлението на
запущения тиристор (фиг. 3.12) Ако се предположи, че един от
тиристорите има нулева стойност на тока на задържане, което
съответствува на безкрайно голямо съпротивление в права посока
и е най-лошият случайна разсъглас у ване, допълвигелиото паралел-
но съпротивление /?, трябва да бъде избрано така, че общият
ток да създава върху него напрежение, по-малко от допустимо-
го напрежение в права посока на тиристора:
У . (3.16)
/т
Общото напрежение, което може да издържа веригата, със-
тояща се от п елемента, е
бонах — liRi+(tl 1) (/т
(3.17)
където /отп е максималният ток на задържане на един от ти
max
ристорите.
От (3.16) за R± се получава
69
/?1=пЦ1рюах~Цнах . (3.18)
(«-*)/,
В момента на отпушване на тиристора токът през него се
определи от капацитета на колекторния преход. За правилното
разпределяне на напрежението през време на преходните процеси
се използуват шунтиращи кондензатори. Техните капацитети ком-
пенсират разликите между собствените капацитети на последова-
телно съединените тиристори. Обикновено се поставят капаците-
ти от порядъка на 0,001 — 0, IpF. Тъй като шунтиращият конден-
затор се разрежда през тиристора при неговото отпушване, за да
не се получи голямо нарастване на разрядния ток, обикновено
последователно с кондензатора се свързва ограничаващ резистор.
Той изпълнява освен това и ролята на демтфериращ елемент,
който пбтиска паразитните трептения, вьзникващи при отпушва-
нето на тиристора.
Типичната верига на последователно свързани тиристори заед-
но с изравняващите елементи е показана на фиг. 3.12. RC групи-
те изравняват напреженията в преходните режими и демпферират
паразитните трептения, а съпротивледията изравняват напреже-
‘нията в установен режим на работа.
За изравняване на напрежението на силовите тиристори са
създадени специални мощни прибори със стабилизаторна харак-
теристика, конто, свързани наралелно на тиристорите, поддържат
тяхното напрежение равномерно разпределено в голям обхват на
изменение на захранващото напрежение. При това в схемата не
Се получават допълнителни загуби, конто неминуемо имат място
при използуване на резистори, в конто се отдели значителна мощ-
ност.
Последователното евързване на тиристорите определи и някои
особености на тяхното управление. Тъй като катодите им имат
различии потенциали, управляващите ги електроди трябва да бъ-
дат изолирани един от друг. Затова обикповена се изпотзува
индуктивна или капацитивна изоляция. При магнитна връзка изо-
лацията се осъщестява чрез трансформатор с много изолирани
намотки, свързани към всеки УЕ, или с различии трансформатора
с паралелно свързани първични намотки и отделки вторични на-
мотки. Изолацията между намотките трябва да може да издържа
цялото напрежение на веригата, а нарастването на управляващия
импулс трябва да бъде със скорост няколко ампера за микросе-
кунда, за да се отпушат всички тиристори одновременно. Необ-
ходимо е последователно с УЕ да се евържат резистори, конто
да изравнят входните съпротивления на тиристорите.
70
3.5.2. Паралелно евързване на тиристори
Когато проектираното устройство изисква ток, по-голям от до-
пустимия за един тиристор, възниква необходимост от паралелно
евързване на няколко тиристора. Това евързване води до пробле-
Фиг. 3.13
Фиг. 3.14
ма за изравняване на токовете между тях. Необходимо е пред
варително да се подбират прибори с еднакви статични ВАХ в
права посока. Независимо от това винаги се налага да се изпол-
зуват и схемни методи за изравняване на тока между тях. Когато
два прибора са свързани паралелно, падовете върху тях се опре-
делят от пада на по-нискоомния тиристор. Това означава, че ако
ВАХ в права посока са различии (фиг. 3.13), различен ще бъде и
токът през тях. За да са еднакви токовете, необходимо е върху
самите прибори да се създадат различии падове. За да се постиг-
не това, последователно с всеки тиристор се свър-;ва резистор
(фиг. 3.14 а). Съпротивленията на и /?2приемат част от общо-
то напргкеяие и върху тиристорите се създават различ-
ии падове, благодарение на което токовете в тях се изравняват.
При такова евързване обаче може да се загуби голяма мощност
в съпротивленията. Затова по-ефективно е използуването на маг-
нитен реактор (фиг. 3.14 б). Намотките му са навити така, че при
всяко увеличаване на тока през съответния тиристор се получава
индуциране на напрежение, което леко запушва тиристора. В съ-
щото време напрежението в права посока върху другия тиристор
се увеличава и той се отпушва. В нормално състояние магнитопро"
71
водът е наситен и затова няма особени загуби в Него. Положи-
телна страна на такова изравняване е и фактът, че реакторът
особено силно проявява своето изравняващо действие през време
на преходния режим на огпушване, когато могат да се получат големи
неравномерности от различията на тиристорите.
При паралелно свързване на тиристорите техните катоди са
свързани заедно и затова могат да се управляват от един импулс.
Той трябва да е достатъчно мощен и продължителен с голяма
скорост на нарастване на предния фронт, за да могат одновремен-
но и сигурно да се включат всички прибори- Освен това и в то-
зи случай са необходима изравняващи съпротивления в управля-
ващите вернги на тиристорите.
72
ГЛАВА 4
ТИРИСТОРИИ ТОКОИЗПРАВИТЕЛИ
Токоизправителите са електринни устройства, конто имат пред'
назначение да преобразуват променливотоковата енергия в посте*
яннотокова. Към съвременните токоизправителни устройстваобик-
новено се предявяват изисквания за регулиране, стабилизиране
или программе изменении на изходното напрежение. Ако поради
едва или друга причина токоизправителят е конструиран с диоди,
регулиранет о на неговото изходно напрежение може да стане по
един от следните начини; а) чрез потенцииметър или реостат,
включени последонателно с товара; б) чрез автотрансформатор,
който изменя стойността на мрежового напрежение; в) чрез из-
ползуване на дросели с насищапе, конто се подмагнитват- Неза-
висимо че диодите са по-сигурни от тиристорите, че не изискват
специални системы за управление и че са по мотни, необходимос-
ти ог сложни и големи по размери допълнителни устройства, с
конто се осыцествява регулирането, намалява к. п. д., създава
трудности при експлоатацията, увеличава размерите на анарату-
рите и т. н.
При използуване на тиристори напрежението се регулира по
следните начини; а) чрез изменение на момента на отпушван&на
тиристорите по отношение на момента на преминаване на анодното
му напрежение през ну лат а (фазово регулиране); б) чрез регули-
ране на напрежението, подавано на първичната страна на анод-
иия трансформатор чрез ироменливотокови регулатори; в) широ-
чинно-импулено регулиране в товара; г) регулиране чрез прев-
ключване на изводи на вторичната страна на анодная трансформа-
тор, което се осъществява чрез антипаоалелно евързани тиристори.
При първите начини на регулиране с изменението на дълбо-
чината на регулирането се изменя и формата на изходното напре-
жение, което утежнява изискванията към изглаждащите елементи.
В този смисъл четзъртият метод е подобър, но при него се
получава дискретно регулиране и освен това има трудности с
превключването на трансформатора при пълен доварен ток.
Порази редица предимства — относителна простота на силови-
те схеми, еднаквост по конфигурация с неуправляемее токоиз-
правители, бързодействие, лесно управление, относително малка
себестойност—най-широко разпространепие са получили схемите с
фазово регулиране. Затова на тях е отделено и основно място в
киигата. Значително място е отделено и на токоизправителите с
регулиране в първичната страна на трансформатора, конто са
единствено приложими в случайте, когато е необходимо да се
73
регулира напрежение по стойност, по-високо от напрежението,
което би се получило на изхода на неуправляемая токоизправител.
Блоковата схема на токоизправителя {ТИ) в най-общ вид е пока-
зана на фиг. 4-1. Тя се състои от силов трансформатор (Тр),
предназначен да сьгласува вход-
ното и изходното напрежение
на ТИ. Електронните вентили
{В), свързани по определена
схема, осъществяват самото из-
правяне. За изглаждане на пул-
сациите на изходния ток се из-
ползува филтър (Ф), а за управ-
ление™ на тиристорите е необ-
Фиг. 4.1
ходима схема за управление
(СУ). Освен това към токоизправнтелното устройство обикнове-
но се използуват и други допълнителни приспособления, като
сигнализация, защита, измервателии уреди и др.
В зависимост от броя на фазите на променливото напрежение
ТИ се разделят па еднофазнн, двуфазни, трифазни и т. н„ а в
зависимост от’ това, дали се изправят двата ила само единият
полупериод на промен айв это напрежение във вторичната страна
на трансформатора, на еднополупериодни и двуполупериодни.
В настоящата глава се разглеждат принципът на действие и
начинът на проектиране на двуфазен и трифазен еднополуперио-
ден ТИ, както и на еднофазен и трифазен двуполупериоден ТИ.
Поради рядкото използуване и относителната простота на едно-
фазния еднополупериоден ТИ тук той не е разгледан. Освен то-
ва се разглежда инверториият режим на работа на ТИ и регули-
рането на тяхното напреъсние по пързичната страна на тран-
сформатора.
Допълнигелна информация може да се получи от обшириата
литература, посвегена па управляемите токоизправители [10, 11,
13, 17, 18, 19, 33, 38, 42].
4.1. ДВУФАЗЕН ЕДНОЕОЛУПЕРИСДЕН ТОКОИЗПРАВИТЕЛ. СЫЦНОСТ
НА МЕТОДА НА ФАЗОВОЮ РЕГУЛИРАНЕ
На фиг. 4.2 е показана схемата на двуфазния еднополуперио"
ден ТИ сьс средна точка на анодная трансформатор. В литера"
турата тясесреща и под наименование™ еднофазен двуполуперио"
ден ТИ със средна точка. Характерът на товара обикновено е
активно-индуктивен, но за да се разгледа принципът па действие
на схемата и да се ооясни същиостта на метода на фазового
регулиране,отначало ще се предположи, че товарът е чисто акти-
вен, т. е. Lt —0. Предназначение™ на СУ е да подава управля-
.7 4
ващи импулсл (УИ) в определена моменти ! от време на УЕ на
тиристорите 7\ и Т2. При това тези импулси са синхронизирани с
мрежовото напрежение.
На фиг. 4.3 са показан и
напрежения и токове в
схемата. Напреженияга,
коиго се подавят на
анодите на тиристори-
те Тх и Га, са дефази-
рани от анодния транс-
форматор на 180° (м2О
и и9!,) (фиг. 4.3 а}.
Следователи© тиристо-
рът Т\ може да провеж-
да през първня полупе-
риод, а 7'2 — през вто
рия, тьй като тогава е
времедиаграмите на характерните
Фиг 4.2
получено право напре-
жение ии межд- анода и катода им. Двата тиристора са избрани
така, че да не се огпушваг П) анэдно напрежение иследователно
те ще запэчтт да нровеждат ток при подаване иа УИ. На фиг.
4.3 б и в са показали У И на двата тиристора. Вижда се, че те се
подаваг с известно закъенение по отношение на момента, в кой-
то анодното напрежение преминава през нулага и става положител-
но. Ъгьлът, който характеризира момента на отпушване на тирис-
торите, се нарича ъгъл па регулиране или на управление и обик-
новенэ се бе.тсжи с а. Като се измена стойността на а, може
да се регулира средчата стойност на изправеното напрежение Uoa.
На фиг. 4.3 г е показана формата на товарного напрежение tioa
и на товарчия ток /0. Винда се, че товарният ток през първия
полупериод е и ток на тиристора а през вторая на Т2
И наистича. когато в момента <->, се подаде УИ на 7\, той
се отпушва, нсговото съпротивление става почти равно на нула и
напрежението се оказва приложено към товара Rt . Токът
протича от горния край на трансформатора през Tt и RT към
нулата на анодния транс форматор. През това време Т2 е запушен,
тъй като върху него има отрицатели© напрежение (фиг. 4.3 д'). В
интервала от О до 0] напрежението му се определя от напреже-
нието на нт говата фаза u>h, тъй като съпрогивлението му в запушено
състояние е много по-голямо от съпротивлението иа товара/<т . В
интервала, когато 7\ провежда, обратного напрежение на Т2 е
равно на сумата на игь и ига, тьй като горната точка на анодния
трансформатор през 7\ фактически е подадена на катода на Т2.
Характерно за кривата на анодното напреженш на тиристорите е
наличието на участък, в конто то е положигелно. Явно е, че
напрежението върху 7\ има същата форма, но е изместено на
ъгъл к по отношение на анодното напрежение на Т2.
75
i
Тиристорът 7\ провежда до 02 = ~, като в този момент него-
вото напрежение иа става отрицателно. Следователно от 02 до
03 7\ е престанал да провежда, а Т2 все още не е отпущен.
Това означава, че през /?т няма да протича ток и в кривата на
изходното напрежение
Ио,, се появява нулев
участък. В момента 0Э
се включва тиристорът
Т2 и токът от долната
точка на трансформато-
ра през Т2 и товара про-
тича към средната точ-
ка на анодния трансфор-
матор. Това продължа-
ва до момента ©4, кога-
то Т2 се запушва. В 06
отново се отпушва Тх
и пронесите се повтарят.
От принципа на дей-
ствие на схемата се виж-
да, че през цвете вто-
рична намотки прэтичат
токове в различии полу-
периоди в противопо-
ложил посоки. Следова-
телно и първичният ток
4 има променлив харак-
тер, но формата му се
отличава от синусоид-
ната и зависи от ъгъла
на регулиране а.
43 За проектиране иа
токоизправителя трябва
да се зададе необхо-
димата стойност на изправеното напрежение UOu и токът /0„
Стойността на мрежовото напрежение обикновено също се
знае. Тогава, като се приеме, че iix—yl'2, Usin а и?а~и2ь~и2. ~
= /2 t/2sin •&, основните електрически величини, характеризира щ
77/, се изразяват по следния начин:
U _JL f - £/3 (14-cos а).
О« Л J - 51
а
(4.1)
Следователно по зададено {/^ може да се намери необходи
мата ефективна стойност на вторичното напрежение на трансфор-
матора
76
U,= п ----- (4.2)
2 ^<2 1+cos a v '
Средната стойност на изиравения ток от (1.1) е
/о„= Х" = (1+cGS а)- (4 3)
За избора на тиристорите е необходимо да се знаят макси-
малпиге прави обратни напрежения, а също така средната и
ефективаата стойност на тока през тях.
Мдксималното обратно и право напрежение са съответно
oOPmax-2\/2 U., , (4.4)
(4.5)
6'.„,„=v'2 >)•
Явно е, че средняя г ток през тиристорите в дадената схема
е два пъти по-малък от /
1а- (4.6)
Ефективнага стойност на тока през тиристора / и одновре-
менно през една от вторичните намотки на трансформатора /2 е
свързана със средната стойност чрез коефициеита на форма КР.)
= (4.7)
където
А- я 2 я J-' “2“ ~~Г+ ~sin 2а)
р ф2 1-f-cos а
С повишававето на а съогношението между 1а и /а се уве
личава, което трябза да се има предвад при избора на режима
на работа на ТИ.
Ja изчисляване на анодния трансформатор е необходимо да
се знае и ефеттивната стойност на първичиия ток /г Явно е, че
41 и са "ропорционални. След съответни начисления за ефек-
тивната стойност на 4 се получава
/ А гППГд 77
1в2,блиотека )
/« №
1 кр
(4.8)
рат всички елементи на ТИ и да се
Фиг. 4.4
По такъв начин’формулите (4.1)—(4.8) нсзволяват да се избе-
начисли конструктивно
трансформаторът.
Методиката на >гпро-
ектирането и допълни-
телните изисквания са
дадени в т. 4.8.
Както беше посоче-
но, чисто активният то-
вар не е типичен за то-
зи ТИ. Затоаа са раз-
гледани особеноститс,
конто внася в работа-
та му индуктивният ха-
рактер на товара (клю-
чът К на фиг. 4.2 е от-
ворен). Обикнове 10
COS ф—---------- ...
v(coLT р +
товара е много малые
и затова нека се пред-
положи, че L —*оо. Вре-
ме диагра я ите, характе-
ризиращи пронесите в
схемата за този случай,
са показани на фиг. 4.1.
От тях се виждат следните основни различия при работата
ка-
схемата в този режим:
1. Формата на тока през намотките на трансформатора и ти-
ристорите е правоъгълна (фиг. 4.4 в и г), тъй като голямата ин
дуктивност на Lr действува изглаждащо.
2. В товарния ток няма паузи, тъй като в интервалите, кога-
то анодното напрежение стане отрицателю, ггпрежегпето на са
моиндукция на £т ще поддържа тиристора все еще отпущен
Това ще продължи до момента, в който ще се включи следва-
щият тиристор. Това означава, че в интервала от 02 до 03 (фиг-
4.4) все още ще про^ежда тиристорът Т v в 03 ще се включи Т а
и той ще провежда до 0б. Следователно в даделня случай про-
водимостта на тиристора е равна на един полупериод и не зави-
си от ъгъла а.
3. В кривата на изходното напрежение иоа (фиг. 4.4 б> се поя-
вяват учасгъци с отрицателна стойност. Това свойство на схема-
78
та е свързано с даденото в т. 2 и се обяснява с факта, че в ин-
тервала, в който тиристорите провеждат, формата на товаоното
напрежение повтаря формата на напрежението на съответната на-
мотка на анодная трансформатор. А това напрежение е отрица-
телно в интервалите 02—03, 0d — 06 и т. я.
Разликата във формата на изходното напрежение за двата
режима води и до разлика в регулировъчните характеристики.
За случая с индуктивен товар зависимостта на изходното напре-
жение от ъгъла на регулиране се изразява като
U
Оа Л 2
cos а.
4- Настъпват изменения и във формата на анодното нанреже-
нне на тиристорите (фиг. 4.4 б). Преди всичко изчезват участъ-
ците, в конто това напрежение е положително. Освен това в мо-
мента на включване на дадения тиристор обратного напрежение
се прилага със скок, тъй като в момента, съответствуващ на
ъгъл а, напрежението на мрежата вече е нараснало. Този скок
може да повреди тиристора.
5. Формата на е правоъгълна и променлива. При това пра-
воъгълните нмпулси ще бъдат с продължителност тг, но ще бъ-
дат изместени по отношение на напрежението на ъгъл а. Следо-
вателно между първата хармонична на тока и напрежението ще
съществува фазова разлика, зависеща от а, а това означава, че
cos <р на токоизправнтеля като потребител ще бъде по-малък
ог 1.
За да се стслаби това нежелано свойство на схемата, се из-
ползуват ТИ с обратен диод (ОД) (фиг 4.5).
На фиг. 4.6 са показани специфичните криви на напреженията
и токовете в схемата. Видът на напрежението върху товара
(фиг. 4 6 а) не се отличава о г напрежението при чисто активен
товар. В дадения случай всеки един от тиристорите Тг и Т2 за
един пери д на захраиващото напрежение прэвежда так в про.
дължение на интервала —, както и при активен товар (фиг
4.6 б и б). В останалата част от полупериода, състветсгвуващ
на ъгъла а, товарният ток се затваря през шунтирагция диод До
(фиг. 4.6 г). Съвсем накратко, пронесите в схемата протичат по
следния начин. В момента, съответствуващ на ъгъла 0Ъ се от-
пушва Tlf токът протича през него, £т RT и Ж2. В момента, съ-
ответствуващ на фазовия ъгъл 0а, се отпушва До и товарният ток
протича през 7- ,/? и До в същата посока. В 03 се подава ДИ
на Т2. В 04 се запушва и отново се отпушва Д,. По нататък
пронесите се повтарят. Вижда се, че за един период диодът До
се отпушва два пъти.
На фиг. 4.6 е е показана формата на тока през първичната
79
страна на трансформатора- Както се вижда, фазовата разлика
между първата хармонична и мрежовото напрежение в даДеНия
случай е равна на с което се подобрява коефициентът на
мощност на ТИ.
Фиг. 4.5
За проектпрането на тази схема могат да се използуват след-
уйте зависимости.
1. Ток през товара
у =„V2^ (I T cos а). (4.9)
2- Ток през диода До
1 <4-,0’
3. Максимален ток през диода
1„ =(}/>6 7о. (4-П)
*4тах ,4
4. Максимално напрежение върху тиристора в права посока
Ь. Максимално обратно напрежение на тиристора
<413>
«О
6. Средна стойнот на наспрежението върху товара
(4.14)
7. Максималан среден ток през тиристора
<415>
Ако липсва До, средната стойност на UOa ще бъде
Uoa== 2^и* cos а. (4.16)
При предположение, че товарният ток е непрекъснат, макви-
малнияг среден ток през тиристорите ще бъде равен на тока
през До.
4. 2. ТРИФАЗЕН ЕДНОПОЛУПЕРИОДЕН Т0К0ИЗПРАВЯТЕЛ
Електрическата схема на трифазния едиополупериоден ТИ е
показана на фиг. 4.7. Тук първичната страна на анодния трансфор-
матор се състои от три намотки, свързани в звезда. Възможно е
те да бъдат свързани в
триъгълник, докато вго-
ричната страна трябва
да има обезателно три
«амотки с обща точка,
което изисква свързва-
не в звезда или в зиг-
заг. Към другите кра-
ища на намотките са
свързани съответно ти-
ристорите Tv Т2, Т3,
катодите на конто са
свързани в обща точка,
представляваща поло-
жителният полюс на
ТИ. Товарът се свързва между общите точки на вторичните
намотки и на катодите иа тиристорите. Напълно възможно е
анодите на тиристорите да бъдат свързани в обща точка. За
управление на тиристорите се използува схема на управление
(СУ), в която и трите канала имат обща точка.
Нека товарът има чисто активен характер (£т=0). Диаграмите
на напреженията и токовете в схемата са показани на фиг. 4.8.
От начина на евързване на тиристорите се вижда, че те ще про-
веждат ток, когато съответните им фазови напрежения са поло-
€ Тиристорна техника
81
жителнг, защото тогава на техните аноди се подава положителен
потенциал по отношение на катодите им.
Фазовите напрежения, а следователно и потенциалите на ано-
дите на тиристорите са показани на фиг. 4.8 а. Вижда се, че те
,u2a u2b и2с ° 2а
Фиг. 4.8
са изместени едно спрямо друго на 120°. Точките, в които сс
пресичат фазовите напрежения, се наричат точки на естестве'
ното отпушване на вентилите, ако те са неуправляеми, т. е. ъгли-
те ©j, 03. 05 съответствуват на точките на естественото отпуш-
ване. Но когато вместо диоди се използуват тиристори, момен-
тът на тяхното отпушване зависи от момента на подаване на У И
(фиг. 4 8 б, в и г). Ъгълът, с който закъснява подаването на УИ
по отношение на точките на естественото отпушване, съответст-
вува на ъгъла на регулиране а. Както се вижда от фиг. 4.86, за
всяка фаза този ъгъл се измерва с интерадлите ©2—в4 — 03 и
06—05. Разглеждането на пронесите в ТИ започва от момента 02,
когато на тиристора Тг се подава УИ и той се отпушва. Явно е,
че неговото съпротивление става минимално и цялото напрежение
и-2а се прилага към товара (фиг. 4 8 6). Тиристорът Тг провежда
82
при всички случаи до момента, съответствуващ на ъгъл 03. Ако
в 03 се подаде У И на Т3, той се отпушва, а Ту се запушва, тъй
като мО2>Ис1. В дадения случай 7'2 се отпушва в 04. До този мо-
мент провежда Tv От 04 до 06 провежда Т2 и върху товара се
прилага напрежението и2&. В последната третина на периода в ин-
тервала 06—08 провежда Т3 и напрежението на товара се фор-
мира от и2с- Така че напрежението върху товара се състои от
различии части на фазовите напрежения. Показаната форма на из-
ходното напрежение съответствува на ъгъл на регулиране а=30°.
За този случай се вижда, че в момента, в който токът през то-
вара стане равен на нула, се включва следващият тиристор и то-
варният ток се променя със скок. В неговата крива не се наблю-
дават паузи. Ако обаче а>30°, в кривата на товарния ток ще
има паузи. По такъв начин в зависимост от стойността на а се
наблюдават два режима на работа: на непрекъсват ток при
aS30° и режим с пауза при а>30°.
На фиг. 4.8 е е показана формата на анодното напрежение uai
върху тиристора Тг Естествено е, че в интервала 02—04 негово-
то напрежение е минимално, тъй като в този интервал той е от-
пущен. В момента 04 се отпушва Т2, което означава, че на като-
да на 7\ се подава потенциалът на фаза та «2Й. В този момент по-
тенциалът на анода на Тг е равен на нула, тъй като фазовото
напрежение и2а преминава през нулата. Следователно потенциалът
на катода на Ту става положителен, а общото напрежение иа1 —
отрипателно и се прилага със скок, равен на стойността на u2i в
този момент. По-нататък потенциалът на анода на Ту продължа-
ва да се измени по кривата на и2а, а на катода — по кривата м2*.
От това следва, че моментната стойност на напрежението иа\ е
равна на ординатата между двете криви или че моментната стой-
ност на напрежението uai се измени по кривата на линейною нап-
режение между фазите и и2Ь. Това ще продължи до момен-
та, в който се включи тиристорът Т3, когато потенциалът на ка-
тода Ту ще започне да се измени по кривата на фазата с и сле-
дователно uai в този участък ще съответствува на линейното на-
прежение между фазите а и с. След 07 напрежението иа1 става
положително и 7\ е готов за отпушване. В момента 08 се пода-
ва УИ на Ту и процесите в схемата се повтарят. Явно е, че фор-
мата на анодното напрежение върху другите тиристори ще бъде
същата само че изместена на съответен фазов ъгъл.
При проектиране на управляемите ТИ обикновено се има пред-
вид обхватът на регулиране, като трансформаторът, тиристорите
и другите елементи се избират по най-тежкия възможен режим.
Ясно е, че най-голяма средна стойност на напрежението върху
товара се получава при а=0°. Средната стойност на товарного
напрежение зависи от а по следния начин:
83
U =1,17 U.2 cos al
Oa " I
(4-17)
(4-18)
4a=1.17 <4
където U.2 e ефективната стойност на синусоидного фазово на-
прежение на вторичните намотки на трансформатора.
От (4.18) се вижда, че при а=-| к се получава Z7Oa=0. Този
ъгъл се нарича максимален ъгъл на регулиране.
Тиристорите се избират по стойността на средний ток, който
е три пъти по-малък от средний ток през товара, и по максимал-
ните прави и обратни напрежения:
U2 sin a( “<пг); (4-19>
^атах^х/6 Sin (4-20)
^Ртах^х/6 (4-21)
Нека разгледаме основните особености в схемата при нейна-
та работа на активно-индуктивен товар, като и в дадения случай
се предполага, че cos <р на товара е достатъчно малък и товар-
ният ток е изгладен. Различията в режима на работа се състоят
в следното.
1. В кривите на товарния ток и на товарного напрежение няма
паузи, тъй като голямата товариа индуктивност поддържа тири-
стора отпушен даже когато неговият аноден потенциал стане от-
рицателен. Това означава, че средната стойност на товарното
напрежение се определи от израза (4.17). Следователно за този
случай максималният ъгъл на регулиране е а=^-, тъй като то-
гава (4.17) става равно на нула.
2. Формата на тока през намотките на трансформатора и ти-
ристора ще бъде правоъгълна, което определи особени изисква-
<На
ния към параметъра за тиристорите.
3. За един период тиристорите провеждат в продължение на
. 2iz
интервала Х= -х
О
4. Максималните стойности на правото и обратного напреже-
ние върху тиристорите се определят по фэрмулите (4.19) и (4.21).
84
Схемата на трифазния еднополупериоден ТИ не се използува
широко в съвременната преобразувателна техника, тъй каго
анодният трансформатор работи в лоши условия и нерационално-
използуване на тиристорите по напрежение. Когато първичните
намотки на трансформатора са свързани във вид на звезда, въз-
никва некомпенсиран магнитен поток, който подмагнитва сърце-
вината. Освен това този поток пулсира с тройна честота, от кое-
то се увеличават загубите от токовете на Фуко. Тази пулсация
се премахва при свързване на първичните намотки във вид на
триъгълник. За да се унищожи потокът на намагнитване, може
да се използува свързване на вторичните намотки на трансфор-
матора във вид на зигзаг, но това увеличава загубите, размери-
те и разходите при конструирането.
Разгледанпят принцип на действие на дву- и трифазните ТИ
се отнася и до 6, 12, 24 и т. н. -фазни1е еднополупериодни ТИ,
конто на.мират приложение в мощните уредби. За всички тях е
характерно, че анодният трансформатор създава съответната си-
стема напрежения и към всяка намотка на вторичната страна се
включва тиристор, а другите краища са обединени в една точка,
между кояго и общия електрод на тиристорите се включва то-
варът.
Относително широко разпространение е получила схемата на
шестфазен ТИ с изравпителен реактор, която намира приложение
в областта на сравнително големите токове и неголеми напре-
жения.
4.3- ШЕСТФАЗЕН ТОКОИЗПРАВИТЕЛ С ИЗРАВНИТЕЛЕН РЕАКТОР
На фиг. 4.9 е показана схемата на шестфазен ТИ с изравни-
телен реактор. За нея е характерно, че се захранва от трифазен
трансформатор, на всяко рамо на който има по две вторични на-
мотки. При това началата на трите намотки са свързани към
аиодите на тиристорите, а другите три края в обща точка (точ-
ките на фиг. 4.9 съответствуват на началата). По такъв начин
фактически схемата се състои от два трифазни токоизправителя,
свързани паралелно към товара чрез изравпителен дросел (ИД).
ИД има две намотки и голяма индуктивност. Затова по-харак-
терен режим на работа на този ТИ е режимът с индуктивен то-
вар. При разглеждането на процесите в ТИ се предполага, че
ТИ работи с товар, по-голям от критичния, т. е. токът през ИД
има достатъчна стойност, за да може да се осъществява израв-
нявагцото действие на дросела.
На фиг. 4.10 а са показани фазовите напрежения на вторичната
страна на ТИ. Вижда се, че за левия (прекъсната линия) и за дес-
ния (плътната линия) ТИ те са изместени на 120°. Предполага се,
85
че във всеки момент от времето са включени два тиристора: един
от първия (I) и друг от втория (И) ТИ. Нека в началото се прие
ме, че тиристорите се отпушват в точките на естественото отпуш-
вайе, т. е. точките на пресичане на съответните фазови напреже-
ния. В 0, започва да
провежда тиристорът Тг
от I ТИ. Едновременно
от другая ТИ продъл-,
жава да провежда Тл
тъй като неговото фазо-
во напрежение е най-ви-
соко в сравнение с анод-
ните напрежения на
другите два тиристора
от този ТИ. Следова-
телно през товара про-
тичат токовете на ти-
ристорите Тх и Тъ. За
да е възможна едно-
временната работа на
двата клона на ТИ, се
използува ИД. Тъй ка-
то неговата индуктив-
ност е много голяма,
разликата между фазовите напрежения на фазите а и Ь' се пое-
ма от този дросел. Върху половината на ИД се прилага 0,5 от
обшото му напрежение. При това посоката на това напрежение
в интервала ©j—02 е такава, че то се добавя към «2д и се вади
от и2*’. През интервала 02—03 то се вади от и2а и се прибавя към
и2'с, защото в момента 02 се е отпушил Тв и неговото анод-
но напрежение е по-ниско от това на 7\. По такъв начин бла-
годарение на ИД анодните напрежения на тиристорите от двата
клона на ТИ се изравняват. В момента 06 се отпушва тиристо-
рът Г2 и заедно с Г6 те работят до момента 06, когато се от-
пушва Tv и т. н.
От принципа на действие на схемата се вижда, че товарното
напрежение се състои от части от синусоиди с амплитуда, рав-
на на ^2 U2 sin 60° = ~ £/2 (фиг. 4.10 б). Средната стойност
на товарного напрежение може да се намери по формулата
^=3^=1’17 <4’22)
Обратного напрежение върху тиристорите вследствие на не-
зависимата работа на двете трифазни схеми (I и И) не се отли-
чава от обратного напрежение в трифазната схема.
86
Тъй като двете трифазни схем< работят паралелно, токът
през вески тиристор ще бъде два пьти по-ма.тък от тока на ти-
ристора през обикновенага трифазна схема.
На фиг. 4.10 в е показана фериата на изходного наяреже-
Фиг. 4.10
пие в схемата при ъгъл на регулиране а=30°. Вижда се, че в
сравнение със случая а-=0° кривата има по големи пулсации.
Разликата в принципа на действие се състои само в това, че съ-
ответните тиристори се отпушват със закъснение, при което про-
дължават да провеждат съответните предишни тиристори. Фор-
мата на токовете през тиристорите (фиг. 4.10 г) е същата както
при а=0°, а обратного напрежение на тиристора има същата
форма както при съответния трифазен токоизправител.
С изменението на а се измени формата и стойността на нап-
режението върху ИД. Това се дължи на факта, че с увеличава-
нето на а се увеличават и междуфазовите напрежения, поради
коети се увеличава и напрежението на ИД. Този факт има осо-
бено значение, тъй като се увеличава и типовата мощност на
ИД. Средната стойност на напрежението върху ИД може да се
намери по формулите:
87
^ОаИД~~ -М</, 1 —-2 cos а (ag 30°) ; (4.23)
и, sin а (30>а>90°). (4.24)
Средната стойност същия начин както в на товарного напрежение се трифазния ТИ : изразява по
UCa—--~' ий cos a=t/ocosa. (4.25)
4.4. ДВУПОЛУПЕРИОДНИ ЕДНОФАЗНи ТОКОИЗПРАВИТЕЛИ
Тези схеми имат широко приложение, тъй като изправят и
двата полупериода на захранващото напрежение, могат да се
включат направо към мрежата и токът през анодния трансфор-
матор е променлив. Поради свързването на тиристорите във вид
на мост те се наричат мостови ТИ.
I
I
I
На фиг. 4.11 е показана схе-
мата на еднофазен мостов ТИ,
. в който са използувани четири
тиристора. Характерно е, че два
от тях имат общи катоди и об-
разуват катодна трупа- Други-
те два имат общи аноди и се на-
ричат анодна трупа. Между об
Фиг. 4.Н
Фиг. 4.12
щите катоди и об щите аноди се включва товарът, а в друтия
диатонал на моста — захранващото напрежение. Нека схемата
работа на активен товар (LT =0). На фиг. 4-12 а, б, в и г са по-
казани характерните времедиаграми на токовете и напреженията.
Типично за схемата е, че в неЯ на два тиристора, разположеии
88
в срещуположни рамена, едновременно се подават УИ. Нека в.
момента 0Х се нодаде УИ на тиристорите Т1 и Т2. Те се от-
пушват и започва да протича ток от т. а през Rr и Т, до т.
б- Тъй като съпротивленията на Т\ и Т2 са минимални, напре-
жението н2 се прилага към /?т. През този полупериод мрежово-
то напрежение е обратно за тиристорите Ts и 1\. 7\ и Т2 про-
веждат до момента, когато анодното им напрежение преминава
през нулата и става отрицателно. В интервала л — 02 ток през.
товара не протича, тъй като и Т 2 са запушени, а на Т3 и Т4
все още не са подадени УИ. В момента 02 се включват Т9 и 7\
и ток протича от т. б през Т3, RT и до т. а. Вижда се, че
посоката на тока през товара през време на двата интервала на
проводимост на тиристорите съвпада, а през намотките на тран-
сформатора тя е различна.
На фиг. 4.12 г е показана формата на напрежението върху
тиристорите 7\ и Т2. В дадения случай при определяне на нап-
реженията се допуска, че в право и обратно запушено състоя-
ние тиристорите имат голямо, но определено съпротивление R3an.
Предполага се, че всички тиристори в запушено състояние имат
еднакви R3an (при това /?зап>/?т)- Нека при тези допускания се
разгледа формата на анодните напрежения на тиристорите 7\ и
Тг. В интервала 0г — л те са в проводимо състояние и следо-
вателно напрежението върху тях е почти равно на нула. В ин-
тервала л — 02 всички вентили са запушени и фактически пред-
ставляват еднакви съпротивления R3an. Следователно напрежение-
то се разпределя между тях, като за Тя и 7\ има положителна
посока, а за Тг и Т2 — стрицателна. В момента 02 схемата пре-
мии ава в друго състояние и се включват тиристсрые Тд и
На практика това означава, че потенциалът на т. б през Т9 се по-
дава на катода на 7\, а на т. а през 1\ — на анода на Т.., т. е.
и2 е включено паралелпо на 1\ и Т2 с отрицателна посока. По
тази причина в момента 02 се получава скок в обратного напре-
жение, след което то се изменя по кривата п2гб. В момента
0=2л се запушват тиристорите Ts и Т4, напрежението z/9a6 изме-
ня своя знак, така че то е положително за Т, и Т2. Тъй като
всички тиристори са запушени, и2 се дели между тях. В 03 от-
цово се отпушват Т\ и Т2 и пронесите се повтарят- Фактът, че
при запушена схема захранващото напрежение се подава после-
дователно на тиристорите, изнсква да се обърне специално вни-
мание на равномерного разпределение на анодното напрежение..
При работа на активен товар не е необходимо да се изпол-
зуват четири тиристора — пронесите в схемата оставит същите..
ако например анодната или катодната трупа тиристсри бъдат за-
менили с диоди.
8»
На фиг. 4.12 а е показана формата на напрежението и тока
през товара. Вижда се, че тя е еднаква с формата на напреже-
знието и тока през товара в схемата със средна точка на тран-
сформатора (фиг. 3.3 г). Това означава, че всички формули, из-
ведени за връзката между изходното и входного напрежение и
токовете на схемата от фиг. 4.2, са в сила и за фиг. 4.11. Раз-
ликата между двете схеми се състои в това, че в мостовата схе-
ма обратного напрежение е два пъти по-малко от напрежението
в схемата със средна точка.
Нека се разгледат особеностите на работа на схемата за
индуктивен характер на товара. При това отново се предполага,
че А,-*со Основните криви на токовете и напреженията в схе-
мата за този случай са показани на фиг. 4.12 д и е. От тях се
виждат следните разлики в режимите на работа.
1. В кривата на изходното напрежение се появяват отрица-
телни участъци, конто се дължат на голямата товарна индуктив-
ност, в конто се създава противо-e д.н. и се увеличава интер-
валъ’т на проводим ж г на тиристорите. Тиристорите не се запуш-
ват в моментите it, 2тг и г. н., а в моментите, в конто се подават
УИ на следващата двойка тиристори.
2. Формата н i тока през товара е постоянна, което значи, че
през тиристорите тя е правоъгълна с продължителнэст X—л, а
през намотката на трансформатора тя е променливо-правоъгълна.
Естествено е, че такава форма е по-малко благоприятна за транс-
форматора и тиристорите.
3. Разлика се наблюдава и в напрежението върху тиристори-
те—изчезват участъците, в конто напрежението се дели между
тиристорите, защото изчезват паузите в товарният ток.
4. Формите на токовете и напреженията в схемата са същите
както при схемата на двуфазния еднополупериоден ТИ със сред-
на точка и следователно са еднакви и съотношенията между
и «ож
Правого и обратного максимално напрежение в схемата се
•определят по формулите:
^.п1а<=>/2 7/, sin а; (4.26)
(4-27)
Различията между схемите на фиг. 4.2 и 4.11 се състоят глав-
мо в б роя на използуваните тиристори и изискванията към мре-
жовия трансформатор. Въпреки че при една и съща изходна
мощност тиристорите на фиг. 4.11 са два пъти повече, входният
трансформатор е по-малък по размери и по-прост за изпълнение.
При използуване на мостовите схеми не е необходимо да се
свързват четири тиристора; възможно е използуването на раз-
личии варианти с диодн и тиристори. По такъв начин се пости-
90
га простота в силовата схема и в изискванията към СУ. На фиг.
4.13 са показани три варианта на диодно-тиристорни еднофазни
мостове. При работа на активен товар те не се отличават от
принципа на работа на моста с четири тиристора. При работа на
активно-индуктивен товар всяка схема има своите особености.
Накратко те се състоят в следното:
1. Във варианта, показан на фиг. 4.13 а, се използуват два
тиристора с общо свързани катоди (или аноди) и два диода в
другите две рамена на моста. Свързването с общи катоди е
удобно от гледна точка на монтажа на СУ. От друга страна,
свързването на тиристорите с общи аноди има предимство, че
двата тиристора могат да бъдат поставени на общ радиатор.
Нека анодът на 7', е положителен. При подаване на УИ при
6=сс започва да протича ток от източника през Tv Rr и Дг. В
момент напрежението на източника на променлив ток пре-
минава през нулата. При индуктивен товар в тази точка енер-
гията, запасена в индуктивността, създава ток, който протича
през Да и 7\ (те имат малки съпротивления), заобикаляйки из-
точника на захранване. Това състояние на схемата ще продъл
жава до момента 0=п-рос, когато се отпушва Т2. Ако отношение-
со£т
то — за товара е голямо, схемата не е много за предпочи-
*\т
тане, тъй като е невъзможно товарното напрежение да спадне
бързо до нула. Ако например схемата трябва да се изключи в
даден момент чрез прекратяване на У И и ако токът през 7\
(респ. през Т2) в този момент е голям, товарният ток ще про-
тича през и Д по време на целия отрицателен полупериод.
Когато променливото напрежение стане отново положително при
91
6=2тг, T'j ше се окаже отново в проводящо състояние, като че
ли се управлява с ъгъл а—0. Токът в товара ще протича пре®
целия период. Това състояние на схемата може да продължава
неограничено дълго време, докато не се прекъсне силовата вери-
га или докато токоизправителят не започне да се управлява от-
ново, благодарение на което анодният ток може да се сведе до
нула.
2. Процесите в схемата, показани на фиг. 4.13 б, се отлича-
ват от процесите в схемата на фиг. 4.13 а благодарение на това,
че в две последователен рамена на моста са включени диодите
Дг и Д2. Нека се предположи, че в момент @,=й се отпушва ти-
ристорът 7\. Тогава токът протича през Тх, £т, и Дг В мо-
мента 02=тг тиристорът 7\ се .-апушва, тъй като захранващото
напрежение в този момент пзмевя своята посока. Отпушва се
диодът.Д2 и товарният ток протича през двата последователно
свързани диода и Д2. По такъв начин Дх и Д2 играят ролята
на обратен диод и в интервала ?;+« напрежението върху това-
ра е равно на нула. Следователно формата на товарного напре-
жение е както при работа на чисто активен товар. Тиристорът
Т2 се отпушва в момента 0д=тг-|-я, когато се запушва Дг и то-
. кът протича през Д2, Ly, R^ и Т.2. Върху товара се прилага съ-
ответната полусинусоида на мрежовото напрежение.
Тиристорът Т.2 ще провежда до момента 04=2тг, когато него-
вото анодно напрежение става отрицателно. Тогава се включва
Д2 и товарният ток се затваря отиово през Дг и Д.2.
Ичтервалът на провеждане на тиристорите и диодите в схе-
мата е различен. Тиристорите провеждат през интервали от вре-
ме, съответствуващи на ъгъл Хт=п—а, докато диодите на
= тъй като те провеждат през паузите, конто за един
период са два.
3. Аналогично действие има схемата, показана на фиг. АЛЗа ко-
гато има включен обратен диод. Характерно за нея е използуването
на допълнителен шунтнращ диод До. Той може да се използува и
в моста с четири тиристора. Тъй като До има по-малко съпротив-
ление от веригата Д2 - Т.2, запасената енергия в £т през вре-
ме на паузата ше се затваря през него. Тази схема има предим-
ството в сравнение с другите, че токът през изправителните
диоди и тиристори е по-малък (с изключение на случая, когато
а=0). За сметка на това е необходим допълнителен диод.
4. Относителна икономия на тиристори и опростяване на уп-
равлението се постига чрез схемата, показана на фиг- 4.13 в. Тя
изисква обаче четири диода. Тиристорът, евързан последовател-
но с товара, се използува за управление през двата полуперио-
да. Такъв тиристор може да се използува ив схемата със сред-
на точка (фиг. 4.2), ако се включи последователно с товара, а
92
изправителните тиристори се заменят с диоди. Приложеното на-
прежение върху тиристора е пулсиращо. Схемного време за въз-
становяване при отсъствие на обратен диод До и чисто активен
товар е равно на времето, през което напрежението между ти-
ристора е мо>/звд RT, т. е. в малка облает около нулата на пул-
сиращото напрежение. Поставяието на шунтиращ диод при на-
личие на индуктивное г в товара е задължително. В противен слу-
чай тиристорът няма да се запуши и ще загуби управляващите
си свойства. Щунтиращият диод поема върху себе си товарния
ток през време на паузата и върху него се създава пад на на-
прежението около 1 —2 V, което се прилага обратно на Т и го
запушва.
4.5. ТРИФАЗЕН МОСТОВ ТОКОИЗПРАВИТЕЛ
На фиг. 4.14 е показана електрическата схема на трифазен
двуполупериоден (мостов) токоизправител с тиристори (схема на
Ларионов). Поради ред предимства — относигелно ниско обратно
напрежение върху тиристорите; малка типова мощност на мре-
жовия трансформатор; форма на токовете, консумирани от^мре-
жата, близка до синусоидната; възможност за безтрансформатор-
но включване, висока честота на пулсациите на изходното
напрежение и други тази схема е намерила най-широко разпро-
странеиие в съвременната промишлена електроника.
”’$3а изясняването на принципа на действие на ТИ нека се
предположи, че товарът е чисто активен (LT=0). От фиг. 4.14 се
вижда, че ТИ се състои от две групи тиристори: катодна и
анодна. Следователно този трифазен ТИ може да се разглежда
като състоящ се от два последователно свързани еднополупе-
93
риодни трифазни ТИ, между общите точки на конто е свързан
товарът.
На фиг. 4.15 са показани времедиаграмите на основните на-
прежения в схемата. Нека разглеждането на процесите започне
ФиГ. 4.15
от момента, съответствуващ на ъгъл Нр когато на тиристора 7 j-
се подава УИ. Този тиристор принадлежи към катодната трупа
тиристори, моментът на естественото отпушване на конто ще бъ-
де в точките на пресичане на положителните полувълни на фа-
зовите напрежения. Ъгълът на управление а за тази трупа се
отчита от тези точки, а за анодната трупа — от точките на
пресичане на отрицателните полувълни на фазовите напрежения
(фиг. 4.156). В момента, съответствуващ иа ъгъла се отпуш-
ва тиристорът Tlt а от предишния интервал продължава да про-
вежда Тв, на УЕ на който също се подава УИ. Токът в схема-
та протича по веригата от т. а през Tlt и Тб към т. b. g
схемата одновременно са отпушени два тиристора: един от анод
ната и един от катодната трупа. Провеждат тези тиристори, кон-
то имат положително анодно напрежение и на конто в съответ-
94
ните моменти се подавит УИ. В интервала 04 —02 провеждат
тиристорите 7'j и Тъ. Това означава, че върху товара се прила-
га линейного напрежение между фазите а и Ь, тъй като техните
краища фактически са включени през отпушените тиристори към
товара. В момента 02 се подава У И на тиристора Т2, той се
отпушва, а Те се запушва, тъй като Т2 и TG имат общи аноди,
а напрежението на катода на Т2 е по-отрицателно (фаза п.>с —
фиг. 4.15 а). Така че в интервала 02 — 03 провеждат тиристо-
рите Т2 и Тг В момента, съответствуващ на 0g. се подава уп-
равляващ импулс па Т3 и той се включва, a се изключва, тъй
като напрежението ия става отрицателно за него. Следователно
в интервала 03 — 04, провеждат тиристорите Т3 и Т2. В мо-
мента 04 се подава УИ на Т4 и той се отпушва, а Т2 се запуш-
ва. Провеждат и Ts. По-нататък се включват и провеждат
съответно: Т& и Т4 в интервала 08 — 0в, Те и Т5 в интервала
0? — и отново Г; и Т& в интервала 07 — 08. По-нататък
пронесите в схемата се повтарят.
От показаната диаграма на импулсите за управление на фиг.
4.15 б се вижда, че на УЕ се подават двойни импулси. Възмож-
но е да се подават и единични импулси, но тяхната широчина
трябва да бъде повече от 60°. Ако се използуват единични им-
пулси с по-малка широчина, не може да се осъществи пускане на
ТИ, тъй като не могат да се отпушат одновременно два тири-
стора от катодната и анодната трупа. Освен това, ако ъгълът
на регулиране е ос>60°, схемата работи в режим с пауза и то-
гава отново не могат да се включат одновременно два тиристо-
ра. Затова за предпочитане е да се подават двойни импулси в
съответните моменти, както това е показано на фиг. 4.15 б.
На фиг. 4.15 в е показана кривата на товарното напрежение.
Вижда се, че тя се състои от части на линейното захранващо
напрежение. Характерно е, че коефициентът на пулсации на из-
ходното напрежение е равен на шест, което е типично за шест-
фазните схеми.
Анодното напрежение върху тиристора 7\ е показано на фиг.
4.15 г. Кривата е построена по следния начин. Потенциалът на
анода на тиристора се изменя по кривата на напрежението на
фазата и2г, а потенциалът на катода по кривата на напрежение-
то на фазата, чийто тиристор от катодната трупа е отпушен.
Моментната стойност на напрежението се определи от съответ-
ните моментни стойности на линейното напрежение. Формата
на тока през товара ще повтаря формата на напрежението, а
през тиристорите протича ток през */3 от периода.
По-честэ срещан е активно индуктивннят характер на товара,
и тук се предполага, че той е силно индуктивен, така че товар-
ният ток е постоянен, а през тиристорите той има правоъгълна
. 2
форма с продължителност -тг.
95
На фиг. 4.16 са показами основните диаграмм на токовете и
мапреженията при ъгъл на регулиране сс=60°- Ако а>60°, в
кривата на изходното напрежение иоа ще се появят отрицателни
учасгьци. Тази крива е построена по същия начин, какт и при
Фиг. 4.16
активен товар, и е разлика между потенциалите на общите ка-
тоди и аноди на тиристорите на ТИ. Средната стойност на из-
ходното напрежение е
^=2,54 Ц cos а, (4.28)
където U2 е ефективната стойност на фазовото вторично напре-
жение.
От (4.28) се вижда, че граничният ъгъл на регулиране е а==
= -^~. Максималните прави и обратни напрежения на тиристори.
те зависят от амплитудата на линейното вторично напрежение и
ъгъла на регулиране
Чшах^у/б sina; (4.29)
^Pmax=2’45 <4-30)
96
Средната и ефективната стойност на тока през тиристорите се
язразяват чрез стойността на товарния ток по следния начин:
4= 4 (4.31)
(4.32)
В трифазната мосто-
ва схема тиристорите от
една трупа могат да бъ-
дат заменени с диоди —
т. нар. несиметрична схе-
ма. Както е показано
на фиг. 4.17, тиристори
се използуват само в
катодната трупа. Това
опростява и поевтинява
силовата схема на ТИ.
При това положение
комутацията на тока в
анодната трупа става в
моментите на естестве-
ното отпушване, а в ка-
тодната — при подава-
не на съответния УИ.
На фиг. 4.17 б и в са
показани измененията
на потенций лите на положителния и отрицателния полюс на
ТИ и изходното напрежение на ТИ при работа с активен
товар и а=30°. Пулсацията на изходното напрежение е по-
голяма в сравнение с пулсацията при симетричната схема. Ако в
схемата с шест тиристора кратността на пулсациите е равна на
шест, при несиметричната схема само с три тиристора тя се
намалява до три и при нея са необходими филтриращи елементи
с по-добри изглаждащи качества. Затова използуването на неси-
метричната схема е подходящо, когато не се изисква голям об-
хват на регулиране на изходнотj напрежение. Освен това тази
схема е по-бавнодействуваща в сравнение със симетричната, ако
защитата й се осъществява чрез премахване на УИ.
1 Тиристорна техника
97
4.6. ОСОБЕНОСТИ НА КОМУТАЦИЯТА, ВЪНШНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ
И ЕНЕРГИЙНИ ПОКАЗАТЕЛИ НА ТИРИСТОРНИТЕ ТИ
Разглеждането на процесите във всички ТИ е извършено,
като се прецполага, че всички елементи са идеални: нямат за-
губи и липсват индуктивни съпротивления в анодния трансфор-
матор. При това поло-
Независимо че всички схеми имат
жение комутацията |на
тока от тиристор на ти-
ристор става мигнове-
но. В реалните схеми та-
кава комутация не е
възможна поради нали-
чието на индуктивност в
анодните вериги на ти-
ристорите. Тази индук-
тивност се определи от
индуктивността на раз-
сейване на вторичната
страна на трансформа-
тора. Естествено е, че
индуктивността задър-
жа бързото нараства-
не и спадане на тока-
през тиристора. Време-
то, през което токът се
прехвърля от един на
друг тиристор, се на-
рича време на комута-
ция, а ъгълът, съответ-
ствуващ на това вре-
ме — ъгъл на комута-
ция у.
своите особености па ко-
мутация, отнасящи се главно до вида на схемата, трансформато-
ра и помощните елементи, основните процеси във всички схеми
са еднакви. На фиг. 4.18 а е показана еквивалентната схема на
многофазен ТИ със силно индуктивен характер на товара, така
че товарният ток /0 е постоянен. Тиристорите на ТИ са пре^-
ставени като ключове, а индуктивността на разсейване на анодния
трансформатор чрез Ls. Разгледани са процесите при прехвърля-
нето на тока от тиристОра Тх на тиристора 1\ (на фиг. 4.18 а
товз е показано чрез ключа 1\, който се запушва, и 7'2, който
се отпушва). В съответния момент на Г2 се подава У И и той се
включва. От еквивалентната схема на фиг. 4.18 а се вижда, че
през интервала на комутация се получава верига, в конто вли_
98
зат двата тиристора, двете индуктивности LS1 и Л2л. и фазовите
напрежения и2а и и2ь. Следователно изходното напрежение през
този интервал може да се намери, като към и2а се прибави па_
дът на напрежение върху Lsl или от се извади падът върху
Ls2. Ако се реши уравнението на тази верига и като се има
предвид, че сумата на токовете през двата тиристора е равна
на /0, ще се получи, че в интервала на комутация напрежението
върху товара ще се изменя по кривата, определена от полусу-
мата на и2а и и2ь- Ако се сРавни кривата на UOa с фиг. 4 18 б,
се вижда, че изходното напрежение в случая е по-малко. Връз-
ката между ъгъла на комутация у и стойността на /0 може да
се определи от уравнението
2/ошЬ-
cos а — cos (а — у)==—------• (4.33)
V'6 t/2
където со е ъгловата честота на захранващото напрежение.
Средната стойност на напрежението върху индуктивного съп-
ротивление на разсейване може да се определи от израза
Д UXs = - f uXs [cos a— ccs (a-T)]. (4.34)
— — a
m
От (4-33) и (4.34) се получава
Зт /о ш L.
д^ = - " * •
Тогава средната стойност на изходното напрежение е
UCa,=UCa-AUXs. (4.35)
На фиг. 4.18 г е показано анодното напрежение върху тирис-
тора 7’1- Вижда се, че индуктиьнсстта на разсейване увеличава
ъгъла на проводимост на тиристора

(4.36)
Освен това има разлика в напрежението ври отпушване и запуш-
ване на тиристорите. В кривата на обратного напрежение се наб-
людават изменения на напрежението със Скокове, съответствува-
щи на моментите на комутацията.
В еквивалентната схема, показана на фиг. 4.18 а, е отчетено
само индуктивного съпротивление на трансформатора и захранва-
щата мрежа. Но във веригата на тиристорите и товара винаги
(ЛИЧНА gg
БИБЛИОТЕКА
съществуват загуби, които могат да се характеризират с включ-
ването на активни съпротивления. Нека тези съпротивления г, вклю-
чени в анодната верига на
съпротивления на намотките
Фиг. 4.19
тиристорите, са сумата на активните
на трансформатора, на спомагателни-
те елементи, на филтрите и на съе-
динителните проводници. Това озна-
чава, че върху тези съпротивления
ще има пад на напрежение, който
ще се увеличава с нарастване на то-
варния ток. Освен това пад на напре-
жение има и върху тиристора в от-
пущено състояние. При отчитане на
всички загуби в анодните вериги на
тиристорите за изходното напреже-
ние на ТИ може да се напише
77о тn~Uoa—Д Uxs—Д U г — МТО ,
(4-37)
където Uао е напрежението на изхода, без да се вземат предвид
загубите във веригата;
Д Uxs — загубите в индуктивността;
• \Uг — загубите в активните съпротивления;
Д Иа — падът на напрежението върху отпущения тиристор.
Зависимостта на изходното напрежение Uo ти от товарния ток
се нарича външна характеристика на ТИ. От (4.37) за нея може
да се напише
Uwjh - l/00*cos а--— Ioxs — Ior—b Ua , (4-38)
където f/00 e напрежението на изхода на неуправляемия ТИ.
На фиг. 4.19 е показано семейство външнн характеристики в
съответствие с израза (4.38). Независим параметър е ъгълът на
регулиране а, а ъгълът на наклона на правите зависи от съпро-
тивленията xs и г, както и от вида на токоизправителната схема.
Този праволинеен характер на външните характеристики е верен
при токове, няколко пъти по-големи от нормалния. При още по-
големи токове характерът на кривите се измени, но за нормални
режими на непрекъснат ток могат да се използуват линейните
зависимости (4.38).
Наличието на активни съпротивления във веригата на протича-
не на товарния ток води до загуби в токоизправителя, които мо-
гат да се разделят на няколко вида: загуби в тиристорите, загу-
би в анодния трансформатор, загуби в дрэселите и загуби в
спомагателните елементи. Тези загуби определят к. п. д. на ТИ,
който в общ вид се изразява като
100
_ _ ^Оа
г/Оа7оа+Д^ж+^т+АР“с ’
(4.39)
където Uoaloa е полезната мощност на изхода на ТИ;
к Рт—-загуби във всички тиристори на ТИ;
&РЖ — загуби в анодния трансформатор;
А Рс — загуби в спомагателните елементи.
В зависимост от мощността иа ТИ tj може да бъде в грани-
ците 0,85—0,95.
Токоизправителите се захранват от мрежата и затова особен»
важен е характерът на консумирания от тях ток. В управляемите
ТИ обикновено първичният ток е несинусоиден с първи хармо-
ник, закъсняващ на определен ъгъл по отношение на мрежовото
напрежение. За да се характеризира качеството на консумираната
от мрежата енергия, използува се коефициентът на мощност х.
В общ вид х представлява отношението на активната мощност Р,
консумирана от мрежата, към пълната мощност на ТИ S
х= (4.40)
Тъй като напрежението на мрежата практически е синусоидно»
за активната и пълната мсщност може да се запише
p^f/^cos «рь (4.41)
(4.42)
където е ефективната стойност на захранващото напрежение
1 — ефективната стойност на консумирания от мрежата
ток;
— ефективната стойност на първия хармоник на консу-
мирания от мрежата ток;
/„ — ефективната стойност на лг-тия хармоник на първич-
ния ток;
(рх — фазовата разлика между първия хармоник на тока и
мрежовото напрежение.
От обединяването на (4.40), (4.41) и (4.42) се получава
х= Cos =v cos cpz, (4-43)
където v е ксефициент на изкривяване на тока (v= у )•
101
Коефициентът х зависи от ъгъла на регулиране а и ъгъла на
комутация у. Например за двуполупериодната еднофазна и три-
фазна схема х се изразява като [27]
(4.44)
(4.45)
Коефициентът х се оказва по-малък в несиметричните мостови
схеми.
4.7. ПРОЕКТИРАНЕ НА ТИРИСТОРНИ ТОКОИЗПРАВИТЕЛИ
За проектирапето на ТИ е необходимо да бъдат зададени
следните изходни величини:
1) номинална изходна мощност Ро;
2) номинална стойност на изходния ток /0 или напрежение Uo;
3) стойност иа напрежението, брой на фазите и честота на
захранващата мрежа;
4) обхват иа регулиране и стабилизиране на тока и напреже-
нието;
5) характер на товара;
6) допълнителни изисквания, като температура, климатични осо-
бености, защита, размери, охлаждане, сигнализация и т. н.
Като резултат от проектирането трябва да се направи:
1) обоснован избор на силовата схема на ТИ,
2) определяне на основните електрически величини, конто поз-
воляват да се изберат тиристорите—максимално обратно напре-
жение и средна стойност на тока. По тези параметри и след из-
бери на вида на тиристорите се определи броят на последовател-
но и паралелно съединените вентили в едно рамо на ТИ,
3) намиране на типовата и изчислителната мощност на анодния
трансформатор, напреженията и токовете през неговите намотки;
4) изчисляване на к. п. д. и на коефициента на мощност на ТИ
5) определяне на коефициента на пулсации на изходното напре-
жение за най-неблагоприятния случай в обхвата на регулиране.
По такъв начин може да се приеме следният начин за проек-
тиране на токоизправителя.
1. Изборът на силовата схема се определи главно от зададе-
ните изходни величини и от възможните допълнителни изисквания.
Този избор се определи от принципа на действие на схемите и от
сравнителния анализ на основата на приведените електрически па-
раметри на основните ТИ в табл. 4.1. Обикновено за по-малки
мощности (до около 5—10 kW) може да се предпочетат двуполу-
102
<периодните еднофазни схеми, а при по-големи мощности се изюл-
зуват многофазните едно- и двуполупериодни ТИ. За относи-
телно високи изходни напрежения най-разпространена е трифазната
^остова схема, а за големи изходни токове—схемата с изравни-
гелен дросел. Когато изходната мощност е много голяма, освен
паралелно и последователно свързване на тиристори в рамките на
един ТИ често се използува паралелната работа на няколко ТИ
на общ товар. Такава работа има своите особености, конто тук
не са разгледани.
2. Избор на тиристорите. За определяне на тиристорите по
ток и напрежение в табл. 4.1 са дадени основните зависимости
между електрическите параметри на тиристорите и зададените из-
ходни величини. При тяхното използуване е необходимо да се
има предвид следното.
а. Управляемият ТИ обикновено работи в определен обхват
регулиране с цел да се осигури стабилизация на никои от изход-
ните величини, например товарното напрежение или ток при из-
менение на захранващото напрежение или на двете величини од-
новременно. Известно е, че захранващата мрежа по стандарт има
напрежение, което не е постоянно, а може да се изменя около
номиналните си стойности в граничите ±15%. Следователно в
процеса на регулиране ТИ работи в различии точки на външната
•си характеристика. На фиг. 4.20 е показано семейство външни
характеристики на ТИ, предназначен да стабилизира напрежение-
то върху товара. В него са отчетени възможната стабилност на
захранващото напрежение и минималният и максималиият ъгъл на
регулиране, конто ще осигурят необходимата зона на стабилизация.
б. За да се определи обхватът за регулиране amin—«max, не-,
обходимо е да се знае наклонът на външната характеристика
103
а, Й5 g м X я ^0 н в^ к> X я 1 е: W в |g № F1 * ч 1 с: в м X О тиристор среден ток 2 ы я
р Ъ Я ' N= ЙЗ а" Й. С! н S н Э м X с a □ Л О ЙЗ X 1 с с 4 Я н 3 л л С! 5 ьз X м к о П> S £ со =1 £
U. У™™ (l-J-cos а) иа л с 8° Я < 0 «ч г» X J е: о Q И ьз я <5 н и ю 1* 8 сл 0 с: е° II ю15^ 9,1 + о и Я 00 о tt s ё •Sn ft) w о к ta н Д- 2 о 2 « s« S ° s °§ i Й5
S о 00 О о Оо о 0 Оо О о со ss я ВЗ Sg ьз Ч О S
*• ОО с» о О 0 оо о 1 N2 О ° о я S я g W п н 2 а 3 т> £
*13 о се ч? о се ф. о 1 Максимална ти ло- ва мощност на трансформатора
ьс ЬЗ _ ьо Основна чсстота на пулсациите
W Забележка
Таблица 4.1 Продължение на табл. 4.1
105
Продължение ча табл. 4.1
1 2 3 4 1 5
5 Vo IK £jLr I L 3K IL ^max ^тах
г— i Zi О-Х о ”. jk jUL. и max ~0
7 DIzZ :~до RT Й L W- max 73i/max
8 ’ 'Ч ’"FT’ 000 1 Lt? T -e •B Дпах Д t/max
9 4t В № Д^тах V3Lax
106
Продъ.тжение на табл. 4.1
6 7 8 9 10 11 12 13
^Апах kR т ^шах л/?т Un =—— (1 + cosa) « Я 180° 180° 1,11PO 2/
^шах тс/?т ^Лпах л^и и °’® 2пЯт 17 =£5££(14-cosa) а Я 180° 148° 180° >.HPo 2f
^Чпах 2кЛт 0,48— 2kRt з7з7/тах гт * шах и о cosa « 2я (0°<a<30°) 'Ul ^а=^1‘ + +cos(a + 30)] (30°<a<150°) 150° 134° l,46P0 3f
^Цпах 3j3t/max 0,056— 5- r.RT t7 - 3^3 uo — -xrosa a TZ a<60°) и„я = я cos a v3 | +— sin aj 60°<a<120° 120° 212° l,05Po Gf
J3U * 2тах к/?т № U2m^ T.RT 0Л4^~ лрт U„ = 3^^2пих “ “~2S~ (H-cos a) 180° 120° 132° l,05Po 3f
107
конто зависи от индуктивните и активните съпротивления на ТИ.
Този наклон откачало не се знае и се задава. В зависимост от
мощността на ТИ ориентировъчно може да се приеме =
=(0,08—0,15) Uw, като по-големите стойности се отнасят до ТИ
с по-малка мощност.
в. От показаните на фиг. 4.20външни характеристики се виж-
да, че за да се стабилнзира напрежението на нивото U(l при из-
менение на товарния ток /0ПпП — 701Пах, необходимо е СУ да оси-
гури обхват на регулиране о,п1п — атах. Този обхват определя т. пар.
дълбочина на регулирането, която представлява разликата между
нивата на изходното напрежение и един и същи товарен ток-
По такъв начин чрез определяне на amin и атах се намират
крайните режими на работа, които позволяват да се определят и
най-тежките условия на работа на тиристорите в мрежовите транс-
форматори.
г. След изчисляването на токовете и иапреженията в схемата,
се определя броят на последователно и паралелно съединените
тиристори в едно рамо на ТИ. С цел да се получи запас по от-
ношение на евентуални пренапрежения и къси съединения коли-
чеството на тиристорите се увеличава по сравнение с изчисленото.
3. Проектиране на мрежовия трансформатор. След избора
на тиристорите се проектира анодният трансформатор. В табл. 4.1
са показани формулите, които определят избора на трансформа-
тор по типова мощност. Останалите параметри (броят на намот-
ките и сечението на проводниците) се определят по съотношения-
та на мрежовите напрежения и необходимите напрежения на вто-
ричната страна на трансформатора, а също така и по токовете
през съответните намотки. Тъй като съотношенията между ефек-
тивната и средната стойност на тока са функции на ъглите на
регулиране, тези зависимости най-лесно се изразяват в таблици
и могат да бъдат намерени в литературата, посочена в края на
книгата. Конструктивного проектиране на трансформатора се из-
вършва по известии начини от теорията на трансформаторите.
4. След изчисляването на трансформатора и ТИ е необходимо
да се определи истинският наклон на външните характеристики
и да се сравни с приетия в началото на проектирането. Ако се
получи голяма разлика, необходимо е изчисляването да бъде из-
вършено още един път-
5. К. п. д. се изчислява, като се отчетат загубите в активните
съпротивления на намотките на мрежовия трансформатор, в про-
водниците, в тиристорите и т. н. Коефициентът на мощност е
най-малък при най-голямо напрежение на мрежата и минимален
товар. За този случай той се изчислява по формулата
3 1
Х л Atj ’
108
където

6. Коефициентът на пулсации q зависи от а и може да се
определи по формулата
tg2a, (4.47)
м.ъ
където Z7max е максимална стойност на л-тия хармоник на изпра-
веното напрежение;
п —номерът на хармоник;
т — броят на фазите.
Ако към ТИ нма специални изисквания за пулсациите, необхо-
димо е да се използуват изглаждащи филтри. Начинът на тяхно-
то проектиране и принцип на действие може да се види в [25,
27. 30].
След електрическото начисление на ТИ следва неговото кон-
структивно проектиране и изпълнение на отделяйте вентилни бло-
кове, трансформатори и схемата за управление. Освен това не-
обходимо е да се предвиди съответна сигнална и измервателна
.апаратура, защита (ако е необходимо), охлаждане, външно офор-
мяне, защита от смущения, които ТИ може да внесе в мрежа-
га, и т. Н;
4.8. РАБОТА НА ТОКОИЗПРАВИТЕЛ ИТЕ В ИНВЕРТОРЕН РЕЖИМ
Преэбразуването на постояннотоковага енергия в променливо-
токова с управляеми вентили се нарича инвертиране, т. е. обра-
тен процес на токоизправянето. Устройствата, които се използу-
ват за инвертиране, се наричат инвертора В токоизправителите
електрическата мощност се предава от веригата на променливия
ток във веригата на постоянния ток. В инверторния режим пото-
кът на електрическа мощност преминава от източника на по-
стоянен ток във веригата на променливия ток.
В тиристорните преобразуватели често се случва токоизправи-
гелите да работят в изправителен и инверторен режим.
В електропроводите за постоянен ток например, когато по-
стояннотоковата машина работи в двигателей режим, преобразу-
вателят изпълнява функции на токоизправител, като отдава мощ-
ност в двигателя. Когато машината премине в генераторен режим
(при спиране, движение по наклон, спускане на товари и т. н.),
преобразувателяг работи в инверторен режим, като по този на-
чин предава мощността, генерирана от машината във веригата
109
на променливия ток. Тук са разгледани особеностите на основ-
ните токоизправителни схема при работа в инверторов режим.
Тъй като в тях товар е електрическата мрежа, която има голяма
мощност, тя определи изходните параметри на инвертора, т. е.
процесите в този тип инвертори са зависима от мрежата. Затова
те се наричат зависими инвертори или инвертори, водени от мре-
жата.
4.8.1. Еднофазен зависим инвертор със средна точка
В раздел 4.1 подробно е разгледан принципът на действие на
ТИ със средна точка на трансформатора. Тук са разгледани осо-
беностите на работата на схемата, когато за товар на ТИ се из-
ползува постояннотокова машина
Фиг. 4.21
отличава
(фиг. 4.21), която може да ра-
боти в режим на двигател
и в режим на генератор.
Освен това в товарния
диагонал е включен дросел
с голяма индуктивност,
така че ТИ работи със
силно индуктивен харак-
тер на товара и работата
му няма да се
от разгледаната в раздел
4.1, като се има предвид,
че двигателят може да
се замени с еквивалентен
генератор Е^- Особенос-
тите на този режим на ра-
бота се състоят основно
в това, че посоката на Е^ъ
и на /0„ са противополож-
ив, а напреженията и то-
ковете на намотките на
трансформатора съвпадат.
Това сзначава, че двига-
телят консумира мощност
от мрежата. При разглеж-
дане на принципа на дей-
ствие на тази схема се до-
каза, че граничният ъгъл
регулиране е а=—. Нека се разгл едат процесите в схемата’
когато ъгълът а стане а^> Диаграмите на напреженията и
токовете в схемата за този случай са показани на фиг. 4.21 б,
е, г и д.
!!•
на
В момента 0t на 7\ се подава УИ. Благодарение на голямата
индуктивност в товарния диагонал тиристорът Тг не се запушва,
когато неговото фазово напрежение стане отрицателно, а продъл-
жава да провежда до момента 02, в който се отпушва Тй. По-
нататък провежда Т2, докато се включи отново Тг Естествено
е, че тиристорите провеждат ток само в права посока (фиг. 4.21
в и г). Средната стойност на изходното напрежение е с обратен
знак в сравнение със случая, когато а<90°. Това озиачава, че
се е изменил знакът иа напрежението върху машината. Тя е пре-
минала от режим на двигател в режим на генератор, тъй като
токът и напрежението през нея съвпадат по посока. Токовете и
напреженията във вторичната намотка на трансформатора показ-
ват, че през по-голяма част от полупериода те не съвпадат по
посока, което означава, че мощността на машината се консуми-
ра от мрежата. Или в дадения режим на работа мощността на ве-
ригата на .постоянния ток се предава в променливотоковата ве-
рига — получава се не изправяне на напрежението, а инвертира-
не на тока.
В разглеждання случай за товар на инвертора служи мрежа-
та, която в сравнение с електрическата машина има безкрайно
голяма мощност. Затова и е. д. н. на трансформатора съхранява
своята синусоидна форма и амплитуда при изменение режима на
работа на преобразувателя. Инверторът, в товарната верига на
който има източник на енергия със значителна мощност и съща-
та честога на работа, се нарйча зависим инвертор. Честотата на
мрежата определя и честотата на работа на инвертора.
Инвертори, в товарната верига на конто няма източници на
променливотокова енергия със същата честота.се наричат независим
ми или автономии. Те са разгледани основно в гл. 7.
За характеризиране режима на работа на зависимия инвертор
се използува не ъгълът на регулиране а, а ъгълът р=л— а, То-
гава всички изрази, валидни за ТИ, могат да се използуват и за
режима на инвертиране, ако в тях вместо а се постави р-
От фиг. 4.21 д се вижда, че в голяма част от полупериода
напрежението върху тиристора е положително. Освен това за нор-
мална работа на схемата е необходимо в интервала, през който
напрежението е отрицателно, да се възстановят управляващите
свойства на тиристора. В противен случай в схемата се получа-
ват опасни аварийни режими, като влияние може да окаже и
ъгълът на комутация у, който увеличава продължителността на
проводимост на тиристора.
В разгледания дотук режим не се отчитат процесите на ко-
мутацията на тока. При работа в инверторен режим ъгълът на
комутация у може да окаже съществено влияние върху работо-
способността на инвертора, затова е необходимо да бъдат отче-
тени условията на комутация. Както е показано в предната точ-
ка, комутацията на токовете в тиристорите се задържа от нали-
л\ 111
чието на анодни индуктивности (ха), дължащи се на магнитните
дтотоци на разсейване на намотките на трансформатора. Когато
в момента tlt съответствуващ на а, се подаде управляващ импулс
на тиристора Т2, той се отпушва, но тиристорът Тг не може вед-
нага да се запуши, тъй като в анодната му верига има индук-
тивност. По тази причина токът през Та не нараства веднага до
установената си стойност. Явно е, че когато и двата тиристора
в схемата са отпушени при еднакви ха , изходното напрежение
ще бъде равно на нула. Този процес ще продължи през времето
на комутацията на тока, характеризиращо се с ъгъла у. Анодният
ток през отпушващия се вентил може да се определи от урав-
нение™
Z,-.d = (7 sin (ш/-{-а) (4 48)
мл и
sin (0+а). (4.49)
Решението на това уравнение има вида
fea — —- [cos а—cos(d—а)]. (4.50)
ха
Ъгълът на комутация у може да се намери, като се вземе
предвид, че /га(у)=70, откъдето
70 == - [cos a—cos (а+у)]. (4-51)
ха
Това равенство дава връзката между инвертирания ток /в,
вторичного напрежение U2 и ъгъла на комутация у при предпо-
112
ложение, че LK —»оо. Стойлосгта на ъгъла у може да се определи
по уравнение (4.33).
На фиг. 4.22 са показани характерните напрежения в инвер-
тора при отчитане на ъгъла у. Вижда се, че в сравнение с идеа-
лизирания случай, когато не се
отчита действието на ха . вре-
мето, през което върху тири-
сторите се подава обратно на-
прежение, намалява.Това нама-
ляване може да доведедопре-
обръщане на инвертора, ако
времето за запушване стане по-
малко от времето за възстано-
вяване на управляващите свой-
ства на тиристорите. Ако то-
ва минимално време означим с
то, за да бъде работоспо-
собна схемата от фиг. 4.21,
трябва
Фиг. 4.23

(4.52)
Следователно ъгълът на изпреварване Р (прието е той да се на-
рича така, тъй като се отчита от пресичането на отрицателните
полувълни на анодните напрежения) трябва да удовлетворява ра-
венство™
Р=у+5^у + ю4- (4-53)
Като се използува (4.35) за преобразувателя със средна точ-
ка, се получава следният израз на външната му характеристика
^оти = Uoa -bUx = -| VzmCOsa—ха /в. (4.54)
Вижда се, че средната стойност на напрежението пада, а при
Л
а = 2 и повече става отрицателна.
На фиг. 4.23 е показан характерът на външните характери-
стики в изправителен и инверторен режим. Те представляват пра-
ви линии, наклонът на които не зависи от ъгъла а, а се опреде-
ля основно от индуктивностите на разсейване Ls на трансформа-
тора. С изменение на а външните характеристики се изместват
паралелно на ординатната ос.
8 Тиристорна техника
из
4 8.2. Трифазен еднополупериоден зависим инвертор
Схемата на инвертора е показана на фиг. 4.24 а. Електромаг—
нитните процеси в този инвертор имат много общо с процесите ®
еднофазния инвертор.
Диаграмите на то-
от
варното напрежение, то-
ковете и анодното на-
прежение на тнристори-
те са показани на фиг.
4.24 б, в и г.
В съответствие с
принципите за осъщест-
вяване на инверторен
режим положителният
полюс на генератора е
съединен с нулевата точ-
ка на трансформатора»,
а тиристорите се отпуш-
ват при отрицателни-
стойкости на вторични-
те напрежения. По този
начин посоките на на-
преженията и токовите
във вторичните намотки-
са противоположни. То-
кът във веригата се оп-
редели от разликата на
напрежението Uo и про-
менливата със тавка на.
изходното напрежение.
Средната стойност
на изходното напреже-
ние на инвертора (тъй
като това напрежение
е противоположно^- на посоката на протичане на тока, често то
се нарича противо- е. д. н.) на празен ход може да се намери.
2л
t/9mcosl'S’+ -g — р
\/6t/2cosp.
(4.55>
При /„ДО и ’f±0 противо-е д. н. се увеличава за сметка на
комутацията. След съогветни преобразувания, подобии на тези.
114
при еднофазния инвертор, за средната стойност на Uo# се по-
лучава
и2т COS ₽ + ~ха10. (4.56)
Сравняването на еднофазния инвертор със средна точка и на
трифазния показва, че при трифазния напрежението на празенход
е по-голямо, а също така и наклонът на външните характеристи-
ки е по-голям при същите анодни индуктивности. Причивата за
това са трите комутации на тока за разлика от двете при едно-
фазния инвертор.
Важно значение за работата на тиристорите има обратният
скок на анодното напрежение на тиристорите (фиг. 4.24 г), който
е равен на
Д6/обрт^х== х/3 LJ2 sin 5= х/З и2т Sin (₽—у). (4.57)
Както и при токоизправителите, в тази схема има подмагнит-
ване на анодния трансформатор. Затова схемата не намира само-
стоятелно приложение за големи мощности. Но на иейна основа
се конструират по-сложни схеми, намерили широко приложение
в промишлеността.
4.8.3. Зависим трифазен мостов инвертор
Схемата на инвертора е показана на фиг. 4.25 а, а диаграмм
те на напреженията и токовете, илюстриращи неговата работа—•
на фиг. 4.25 б, в и г.
За положителен полюс на инвертора е общата точка иа ано-
fl ите (72, Т4, Т6), а отрицателен — общата точка на катодите (Tlt
Ta, Т5). Тиристорите от катодната трупа работят при положителни
стойкости на фазовите напрежения. (u2a, u2b, и2с). В същото вре-
ме токовете на вентилите са насочени противоположно на напре-
женията, конто са показани в горната част на фазовите напре-
жения на фиг. 4.25 б- Катодните напрежения са на долната част
на фазовите напрежения. И в тази трупа посоките на токовете
през вентилите и фазовите напрежения са противоположна.
Отпушването на вентилите става при ъгъл р, който се отчнта
вляво от точките на пресичане на положителните участъци на
синусоидите за анодната трупа вентили и отрицателните участъ-
ци — за катодната трупа.
И в тази схема имат място пронесите на комутация на анод-
ния ток. Например ако в момент tx се отпушва тиристорът 7\, то
токът се прехвърля от Т\ на ТГ Токът спада към ну ла, а
токът iai нараства до установената стойност /в. В периода на ко-
115
мутацията у ток провеждат (фиг. 4.25 в) три вентила — Т5 и
— в катодната трупа, и Т6 — в анодната. Напрежението на ин-
вертора (фиг- 4.25 г) се получава в този период от полусинусои-
дите на фазовите напрежения и2с и Ига и пълното фазово напре-
жение и2*- След завършване на комутацията остават да работят
Тг и Тб, конто последователно пропускат ток iai~ia,~I0- Напре-
жението на инвертора в извънкомутационния период е равно на
междуфазовото напрежение, което е разликата ц2с—h2* за даде-
ния интервил от време. След завършване на този режим токът
от Г,, преминава към Т2 от четната трупа тиристори. Ъгълът на
проводимост на всеки вентил е както в трифазния еднополупе-
। 2tz .
риоден инвертор фг =-=—(-у.
О
116
Напрежението на тиристора се определи от разликите на ор-
динатите на кривите на фазовите напрежения, към конто са свър-
зани тиристорите, и общият потенциал на анода (за анодната
трупа вентили) или на катода (за катодната трупа вентили). Ко-
гато върху тиристора се подава отрицателно напрежение, той
възстановява управляващите си свойства. За тази цел и тук е
необходимо ъгълът на изпреварване р да осигурява ъгъла на
комутация у и ъгъла на запушване S.
Йнвертираният ток (предаваната мощност) в зависимите инвер-
тори може да се регулира чрез изменение на стойността на на-
прежението на генератора, свързан в неговата верига, или чрез
изменение на ъгъла р. Често р се регулира автоматично в съот-
ветствие с измененията на товарния ток и възможните колеба-
ния на напрежението в захранващата мрежа. При това се полу-
чава по-висока стойност на коефициента на мощност на зависимия ин-
вертор и устойчива работа във всички режими.
4.8. ЕЕВЕРСИВНИ 7СК0РЗПРАВИТЕЛИ
Широко разпространевие са получили токоизправителните п рео
бразователи за управление на постояннотоковите електрозадвиж
вания [27,29, 30,48, 59, 66]. В най-общ случай преобразувателите
работят в изправителен режим с регулиране на изходното на-
прежение, за да се регулира
скоростта на електродвигате-
ля- При спиране електродви-
гателите преминават в ре-
жим на генератор и преоб-
разувателите работят в инзер-
торен режим. Освеп това чес-
то е необходимо реверсира-
нето на посоката на въртене
на електродвигателя, което
изисква промяна на посоката
на изходното напрежение на
преобразувателите. Тук са
разгледани особеностите на
преобразувателите, необходими
за управление на реверсивно-
го вентилно електрозадвижване.
Целият цикъл на работа на тези преобразователи може да се
раздели на четири етапа: подаване на регулируемо постоянно на-
прежение с една посока; преминаване в инверторен режим; пода-
ване на регулируемо постоянно напрежение с обратна посока;
преминаване в инверторен режим. Преминаването от един в друг
режим е свързано с допълнителни превключвания в силовите ве-
117
риги. Възможни са различии начини за конструиране на преобра-
зувателите. Тук са разгледани особеностите на два от тях.
На фиг. 4-26 е показан преобразу вате л за управление с два
токоизправителя, свързани на кръст. Всеки един от токоизправи-
телите работи в изпра-
вигелен и инверторен
режим в зависимост от
посоката на въртене на
машината. На фиг. 4 27
са показани механични-
те характеристики на
системата. При пускане-
то на електродвигателя
и неговото развъртане
се използуват характе-
ристиките на изправи-
телния режим. В този
режим постепенно се на-
малява ъгълът на уп-
равление а. При това в
преходните процеси,
свързани с преминава-
нето на двигателя от
една характеристика на друга, не трябва да се надхвърлят за-
дадените за токоизправителя стойности. В неустановените режи-
мы винаги се наблюдават токови Скокове, които изчезват при
установяване на скоростта (крайната стойност на ъгъла а).
Когато системата започва да се разтоварва, необходимо е да
се осъществи спиране. За тази цел се увеличава ъгълът а, в ре-
зултат на което благодарение на инерцията на двигателя противо-
е. д. н. запушва първия токоизправител. Едновременно с това се
включва другият токоизправител в инверторен режим, с което
започва спирането на двигателя (II квадрант).
При намаляване на тока до нула спирането с връщане на енер-
гия в мрежата се пракратява и затова е необходимо да се увели-
чи ъгълът р и да се премине на по-ниско разположена характе-
ристика. Това отново е евързано с токов удар, постепенно сни-
жаващ се до нула и т. н. В този режим, както и в изправител-
ния, скоростта на изменение на ъгъла р се определя от зададените
стойности на спирачния ток. При ъгъл р около 90° ще се получи
пълпо спиране на двигателя и началото на развъртане в обратна
посока (Ш квадрант). В IV квадрант се извършва спирането при
въртене на двигателя в обратна посока. Когато спирането е съ-
проводено с отдаване па мощност в мрежата, както е в дадения
случай, то се нарича рекуперативно, а самият процес—реку-
перация.
118
Преминаването от двигателей в генераторов режим в дадената
схема е възможно при скорост на въртене, задавала от ъгъла на
управление на токоизправителя. Плавността на прехода се осъ-
шествява чрез съгласуването на ъглите на управление на двата
токоизправителя, което осигурява съответствие на характеристи-
ките за двата режима (фиг. 4.27).
Схемата с два токоизправителя може да бъде изпълнена в два
варианта.
1. Токоизаравителите по ред се отпушват и запушват в зави-
симост от това, кой от тях трябва да работи в дадения режим
'(схема с разделно управление). Запушването и отпушването мо-
же да става автоматично, както и преминаването на токоизпра-
вителите в изправителен и инверторен режим.
2. Двата токоизправителя са отпушени през цялото време на
работа на двигателя и между тях тече изравнителен ток, големи-
ната на който се ограничава от реактор схема със съгласувано
управление). От друга страна, протичащият изравнителен токпод-
държа готовността за работа на токоизправителя, който трябва
.да се включи в инверторен режим. Благодарение на това се на-
маляват токовите удари при преминаване от един режим в друг.
На фиг. 4.28 а е показан реверсивен токоизправител с две
трифазни мостови схеми, който намира широко приложение в
мощните електрозадвижвания. Преобразувателят се захранва от
един трансформатор и за ограничаване на циркулационните токо-
ве са включени дроселите Богр. При съгласувано управление на
преобразувателя през цялото време са отпушени и двата токо-
изправителя. Например първият работи в изправителен, а втори-
ят — в инверторен режим. Това означава, че през отпушените
вентили към външната верига ще се подават моментните стой-
ности на напреженията на токоизправителя и инвертора (фиг.
4.28 б). Изравнителният ток има пулсиращ характер (фиг. 4.28 в),
който трябва да се ограничи от допълнително включените дро-
сели Lorp- Обаче ограничавапето на пулсиращ ток с дросел е въз-
можно само при прекъснат характер на тока, т. е. в кривата на
напрежението не трябва да се съдържа постоянна съставка. По-
стоянната съставка на изравнителното напрежение низр ще липсва
при равенство на средиите стойности на напреженията на токо-
изправителя «0„ и на инвертора Пор. Това е приблизително в сила
при удовлетворяване на условието
,cosa=cos р. (4.58)
Вследствие неравенствата на моментните стойности на Но„ и
Пор между тях ще протича променлив изравнителен ток, ограни-
чаващ се от изравнителпия реактор. Независимо от начините за
ограничаване и съгласуване в реверсивните токоизправители със
съгласувано управление винаги тече неголям постоянен ток, стой-
119
ността на който може да бъде еднаква при всеки режим и вся-
какъв товар. Наличието на такъв ток осигурява плавно и бързо
преминаване на един режим в друг. Последното се обяснява с
факта, че се изключва изкривяването във външните характерис-
Фиг. 4.2S
тики на токоизправителя и инвертора, което се появява при мал-
ки токове. Линейността на външната характеристика се съхраня-
ва при всяка стойност на товарния ток и преминаването от една
характеристика на друга става по линеен закон независимо от
ъгъла на съгласуване (фиг. 4.29).
•В реверсивното електрозадвижване с разделно управление,
когато работи единият преобразувател, другият е запушен. Явно
е, че тогава липсват изравнителни токове и отпада необходимост-
та от ограничаващи дросели. Не е нужно толкова строго спазва-
120
неТна съотношението между ъглите аир както в предишния
случай. Ос вен това токоизправителят работи значително по-малко
време в инверторен режим, с което се повишава сигурността на
работа. Независимо от тези предимства съществуват и редица
недостатъии, конто трябва да
се имат предвид при избора на
този начин за управление. Ос-
новно те се свеждат към: а)
сложност на схемата за управ-
ление, свързана с необходи-
мостта от контрол на наличието
на тока в товара, тъй като
превключването може да стане
след пълното спиране на тока;
б) по-бавно превключване на
преобразувателите, тъй като
Фиг. 4.2&
спадането и нарастването на
токовете през тях става с оп-
ределена инерция, докато в
схемите с нзравнителни токове тези процеси стават одновре-
менно; в) при малки токове се получава прекъснат режим на ра-
бота, с което се нарушава непрекъснатостта на външните и ме-
ханични характеристики при превключване.
4 ТО. ПРЕОБРАЗУВАТЕЛИ НА ЧЕСТОТА С НЕПОСРЕДСТВЕНА
ВРЪЗКА
Тиристорни устройства, конто преобразуват променливотокова
електрическа енергия с честота в електрическа енергия с дру-
га честота /2 се нарнчат преобразуватели на честота.
Преобразувателите на честота се разделят на:
1) преобразуватели с междинно звено за постоянен ток;
2) преобразуватели на честота с непосредствена връзка (ПЧНВ)
(прието е също така и наименованието „циклоконвертори").
Блоковата схема на преобразувател с междинно звено е по-
казана на фиг. 4.30 а. Тя се състои от: променливотокова мрежа
с напрежение Ux и честота токоизправител (ТИ), изходното
напрежение на който се филтрира във филтъра (Ф); автономии
инвертори (И) и товар (7) в който се получава напрежение U., с
честота /2. Вижда се, че в този случай енергията се преобразува
два пъти: откачало в токоизправителите и после в инверторите.
По тази причина намалява общият к. п. д. на системата и се
увелвчават масата и размерите. Независимо от това този начин
на преобразуване е много разпространен и единствен, когато
На фиг. 4.30 б е показана блоковата схема на ПЧНВ. Както се
вижда, енергията с честота се преобразува еднократно в бло-
121
ка ПЧНВ в честота /2. По такъв начин се получава компактно
устройство с повишен к. п. д.
ПЧНВ се разделят на два: а) преобразуватели с естествена
комутация на тока през тиристорите; б) преобразуватели с из-
куствена комутация на тока.
а
б
Фиг. 4.30
В книгата са разгледани основно ПЧНВ с естествена комута-
'ция. Особеностите на втория клас схеми са свързани главно с
допълнителпиге комутиращи вериги, разгледани в гл. 3 и 5.
4.10.1. Обща блокова схема на ПЧНВ
Силовата част на ПЧНВ не се различава от силовата схема
на реверсивния управляем токоизправител. Той съдържа две то-
коизправителни групи — една за формиране на напрежението на
положителния полупериод на изходното напрежение и другата —
за отрицателния полупериод. На фиг. 4.31 а е показана общата
блокова схема на ПЧНВ. Силовите схеми са токоизправители,
конто работят в съответните полупериоди на захранващото на-
прежение по закон, определят се от системата за управле-
ние (СУ). Токът в товарната верига (/?г, Ат) протича в едната
или другата посока в зависимост от това, дали работи положи-
телната или отрицателната конверторна трупа Изходното напре-
жение се формира от части на захранващото напрежение, конто
се определят от моментните стойности на напрежението на два-
та токоизправителя. Ако тиристорите на токоизправителите се
отпушват по съответен закон, възможно е основният хармоник
на изходното напрежение да бъде ситно изразен. Такъв е
принципът на работа наПЧНВ. Вместо две конверторни групи мо-
гат да се използуват токоизправители със симетрични тиристори. При
активен i овар, когато токът и напрежението имат една и съща форма
и еднаква посока,двете конверторни групи работят в изправителен ре-
жим. В случая на активно-индуктивен товар е необходимо да се осигу
122
рят условия за работа и в изправителени инве рторен режим-На фиг.
4.31 б са показани примерните криви на напрежението и. и ток
4 в преобразуватели с еднофазен изход. От фигурата се вижда.
че в интервала <рт —тс положителната ко нверторна трупа работи
в изправителен режим, а в ин-
тервала тс—тс-ф <рт — в инвер-
торен режим. Съответно в
интервала тс+<рт—2тс — от-
дрицателната трупа работи в
изправителен, а в интервала
2тс—2тс-фсрт — в инверторен
режим, като по този начин
се осигурява непрекъснатост
на тока в товара.
Токоизправителните групи
могат да бъдат еднополупе-
•риодни или двуполупериодни.
Когато за формиранего на
многофазови напрежения се
използуват мостови токоиз-
правигели, за да се предот-
вратят къси съединения, е
необходимо потенциално раз-
деляне на товарните фази.
За захранваие на ПЧНВ
се използуват трифазни ,и
по-рядко еднофазни мрежи.
Преобразувателите, захранва-
ни от еднофазно напреже-
ние, намират ограничено при-
ложение основно в подвиж-
ния жп транспорт. В прэменлизэтэковиге електрозадвижвания,
в автономните стабилизирани захранващи сисгеми, в дъговите пе-
щи ПЧНВ се захранват от трифазни мрежи.
ПЧНВ се използуват оеновноъ мощни захранващи и регули-
ращи системи.
Изправителен Инверторен
режим режим
б
Фиг. 4-31
4.10.2. Двуфазно-еднэфазен преобразувател
На фиг. 4.32 а е показана принципната елекгрическа схема на
ПЧНВ, захранван от дзуфазио напрежение. Кривата на товарното
напрежение се фтрмнра чрез двата токоизправителя 7\ и Т3 —
за положителната пол увълна и Т2 и Tt—за огрицателната. По-
лучаването на изходното напрежение е илюстрирано на примера,
когато тиристорите се отпушват с ъгъл на регулиране а=0°.
123
На фиг. 4.32 б са показани кривите на фазозите напрежения
(н2а и К2ь)> а на фиг. 4.32 в — управляващите импулси iUt, il:., iV3,
на тиристорите. Прието е, че едната полувълна на изходното
напрежение се формира от три полувълни на захранващото на-
прежение. За получаване
ници, което ограничава приложението
на положително изходно
напрежение се огпушваг
съответно тиристорите 7\
и Т3, при което върху А’т
се прилагат еднопосочно
полувълните на и2с и и-а,'
Най-напред се отпушва
7\, след него Т3 и после
отново Т\. С това се за-
вършва образуването на
положителната полувъл-
на в товара. Отрицател-
ната полувълна се обра-
зува,като първо се отпуш-
ва Т2 после Ti и отново
Т'2 и върху товара се по-
дават трите полувълни на
захранващото напрежение,
само че в обратна посока.
Първият хармоник, както
се вижда от фиг. 4.32 гу
има честота три пъти по-
ниска от честотата на зах-
ранващого напрежение.
Формирано по този начин,,
изходното напрежение има
богат спектър от хармо-
му.
На фиг. 4.33 са показани характерните времедиаграми на на-
преженията в схемата, когато изходната енергия се формира от
токоизправителите, в конто тиристорите се отпушват с различен.
ъгъл на управление а и по такъв начин провеждат през различ-
ии интервали от време. На фиг. 4.33 а е показана синхрснизира-
щата синусоида на захранващото напрежение. Чрез нея се осигу-
рява съответният закон за управление на тиристорите. Вижда се
(фиг. 4.33 б), че през първия полупериод ьгълът на управление
на първия тиристор е най-голям и при това върху товара
(фвг. 4-33 г) се подава само малка част от синусоидата на захран-
ващото напрежение. След това ъгълът на регулиране съответно
намалява (а2<и1) и през третия полупериод 0^ = 0, което означа-
ва, че захранващото напрежение се подава изцяло към товара
124
През четзъртия полупериод ъгълът и е равен на този през вто
рия (и4=а2), а през петия — на първия (а5=а;).
По подобен начин се формира и отрицателната полувълна
на изходното напрежение. Съответно законът на формиране се
осъществявачрез системага за управление, конто осигурява уп-
рав ляващи импулси за тиристорите 7\—1\.
Сравняването на вида на кривите от фиг. 4.32 г и фиг. 4.33 г
показва, че висшите хармоници па фиг. 4.33 са чувствително
по-малки. Това се осигурява чрез променливия ъгъл на управле-
ние а и благодарение на факта, че фэрмирането на изходната си-
нусоида става с помощта на 10 полупериода на захранващото
напрежение. По такъв начине in-голяма възможността да се фор
мира крива с искания закон за изменение. Във втория случай из-
ходното напрежение има честота пет пъти по-ниска от честотата
на захранващото напрежение.
От разгледания принцип на действие на ПЧНВ и формирйне-
то на изходното напрежение се вижда, че законите за управле-
ние на тиристорите в този случай се различават от начините на
управление при реверсивните токоизправители. Така че изисква-
нията към сисгемите за управление в този случай се усложняват
и те представляват много важна сьсгавна част на общата сис-
тема.
В разгледания случай е прието, че товарът има чисто активен
характер и затова е показан само изправителният режим на две-
те конверторни групи. Инверторният режим е обяснен при раз-
глеждането на по-разпространените трифазни системи.
125
4.10.3. Трифаз ни ПЧНВ
При захранване от трифазна мрежа в ПЧНВ се използуват ед
нополупериодни и мостови трпфазни реверсивни токоизправите
ли. Те имат свейте особенссти, които се определят главно от
честотата на пулса-
циите в изходното им
напрежение и сложност-
та на системите им за
управление.
На базата на преоб-
разувателя с трифазни
еднополупериодни из-
правители са посочени
особеностите на т-
фазните ПЧНВ. Прин-
ципната електрическа
схема на преобразува-
теля е показана на фиг.
4.34 а. Тя се състои от
I и II токоизправител,
формиращи съответно
положителната и отри-
цателната полувълна на
изходното напрежение.
На фиг. 4.34 б са
показани управляващи-
те импулси в схемата,
а на фиг. 4.34 в — фор-
Фиг. 4.34 мата иа изходното на-
прежение при активно-
индуктивен характер на товара. Ъгълът на управление в то-
зи случай е равен на нула, а превключването на едната или
другата трупа вентили се определя от изискваната товарна често-
та. През първия интервал от време управляващ импулс е пода-
ден на тиристора с най-положителен аноден потенциал например
1\. Той провежда през интервал от време После се отпуш-
О
ва следващият тиристор с най-положително анодно напрежение
(Т2) и вакрая тиристорът еъв фазата с (Ts). След това се фор-
мира отрицателната полувълна, като I трупа вентили преминава
в инверторен режим на работа и тиристорът Тя провежда в интервал,
обхващащ 300°. После се отпушва Tv като по този начин се съхра-
нява посоката на спадащия товарен ток. В момента, когато този
ток намалее до нула, тиристорът 7\ се запушва. След известна
пауза се отпушват тиристорите на II токоизправител (фиг. 4.346)*
126
като Тл и 7\ провеждат през интервал -д-, а -----. С изме-
нението на паузата е възможно регулирането на стойностите на
изходното напрежение. След тиристора Т6 се отпушва отнов»
Та, за да се осигури път за преминаване на товарния ток, кой-
то все още има отрицателна посока. По-нататък отново се включг
ват Tv Т2 и т. н. Честотата на изходното иапреженне се опре-
деля от израза
^=-<2л+3)+еп (4.59)
където k=0, 1, 2, 3. . .
В дадения случай, ако се приеме 6П =<о/„ =0,/«16 Hz. Из-
вестно е, че [27] средната стойност на изходното напрежение на
управляемия трифазен еднополупериоден токоизправител с ъгъл
на проводимост на тиристора X е
21/2 , А / - X \
sin 2 cos К 2~ — • (4.60)
За да бъде кривата на изходното напрежение на ПЧНВ най-
близо до синусоидата, необходимо е средната й стойност във
всеки интервал да е равна на средната стойност на синусоидата
в същия интервал. От (4 60) може да се намери законът за из-
менение на ъгъла сс, за да се осигури зададената крива на из-
ходното напрежение. Ако 1=const и а се измени линейно в ин-
тервала от U до т: и от л до 0, средните стойности за интервала
X се изменят по синусоиден закон.
Аналогичен закон на изменение на изходното напрежение на
преобразувателя може да се получи, когато ъгълът на управле-
ние а се измени по аркосинусоиден закон
ct= arccos tZ, (4.6!•)
U„
където 77*=—^- ;
" ^on m х
иу е кривата на изменение на управляващото напрежение^
определяща ос;
Uon шах — опорного синусоидно напрежение, синхронизиращо
системата на управление (вж. гл. 9).
На фиг. 4.35 а са показани формата на опорного (модулируе-
мо) напрежение (ноп) и на управляващото (иу ) във вид на сину-
соиди. Големината на ъгъла на управление на съответните тири-
стори се определя от точката на пресичане на двете напрежения.
Формата на изходното напрежение в трифазно-еднофазния пре*
образувател за активен товар е показана на фиг. 4.35 б. Ако час-
127
тите на синусоидите, оу конто се формира изходното.. напреже-
ние, са достатъчно много, първият хармонияк е силно изразен.
Зависимостта на изходното напрежение на ПЧНВ от управлява-
щото напрежение се нарйча характеристика вход—изходи се оп-
Фиг. 4.35
.ределя от свойствата на фазоизместващото устройство на систе-
мата за управление (вж. гл. 9). Използуват се фазоизместващи
схеми с аркосинусоидна и линейна фазова характеристика. За
опорно напрежение в първия случай се използува синусоидного
напрежение на мрежата, а във втория — линейно напрежение.
На фиг. 4.36 е показана принципната електрическа схема на
ПЧНВ с трифазни мостови токоизправители. Преобразувателят,
Подобно на реверсивния вариант (фиг. 4.28) се състои от два
токоизправители / (7\—
~т6) и и (Л-Л2).
конто формират двете
полувълни на изходно-
то напрежение. Токоиз-
правителите са
ни към товара през из-
равнителни
(ИД). ИД ограничават
токовете,
никват
разликата в моментните
стойкости на изправите-
ля и инвертора.
При активен товар
честота провеждат тири-
II трупа. Необходимият
от степента на регули-
свърза-
дросели
конто въз-
вследствие на
'през единия полупериод на изходната
сторите от / трупа, а през другия от
закон на изменение на ъглите а зависи
ране на амплитудата на изходното напрежение:
128
a/ =arccos (v sin ojs t);
a77=arccos(— vsin co2 t).
Lri0 e изходното напрежение при a=0°;
64 — изходното напрежение при ъгъл на управление а.
Па фиг. 4.37 б е показан законът на изменение на сс при v=l
за един период на изходната честота. Законът в този случай е
линеен. В продължение на първия четвърт период аг се измени
от ~ до 0, а а.ц от £ до л, което съответствува на изправи-
телен режим иа I нзправител и на инверторен — на II изправител.
При това се формира нарастващата част на първата полувълна
на товарного напрежение (фиг. 4 37 а). През втората четвърт на
периода се образува спадащата част на положителния полупериод
и съответяо ъглиге на регулиране се изменят, както следва:
at от 0 до п и — от л до . По същия начин с промяна
на тойностите на ъглите се формира втората полувълна.
Токът в ПЧНВ се комутира както в управляемите токоизпра-
вители. Това трябва да се има предвнд при определяне на мини-
малните ъгли за управление на тиристорите от гледна точка на
осигуряването на достатъчво време за запушването им. По тази
причина реалчо възможният обхват на изменение на ъглите aj и
ап се получава по-малък ог 180°.
Трифазните преобразуватели на честота се изпълняват на ба-
зата на три трифазно-еднофазнн схеми. Фазовото изместване от
120° се осъществява със системата за управление. На фиг. 4.38
9 Тиристорна техника
129
е показана снловата’схема на трифазно-трифазен преобразувател
на базата на токоизправителя със средна точка. Напрежението
па фаза А се формира от / преобразувател, на фаза В - от //
преобразувател и на С—от III. Работата на една фаза не се раз-
личава от разгледаните. Сложността на системата се дължи ос
новно на системата за управление.
4.11. ЗАЩИТА НА ТОКОИЗЛРАВИТЕЛИТЕ
Тиристорите могат да бъдат повредени от електрически при-
бив, обусловен от високо напрежение или топлинен пробив от
свръхтокове. При това пробивът на полупроводниковия , вентил
довежда до аварии и до протичане на големи токове в неповре-
дените тиристори. По тези причини в тиристорните преобразува-
ватели винаги се предвижда защита от аварийни режими.
4.11.1 Защита на токоизправителите от свръхтокове
Аварийни режими в работата на токоизправителите могат да
възникнат вследствие на къси съединения в товара, в захранва-
щата мрежа, в силовата схема и в системата за управление и
регулиране. Известно е, че с увеличаване на тока във веригата на
тиристорите се увеличава ъгълът на комутация у. При големи
стойкости на гнодния ток може да настъпи момент, когато ко-
мутацията на тока от един вентил към друг няма да успее да за-
върщи до началото на комутацията през трети вентил. Това оз-
начава, че ще се наруши нормалният ред на работа на тиристо-
рите, което увеличава товарния ток и променя формата па из-
ходното напрежение.
Различат ат се Два вида къси съединения: външни и вътрешни.
Към външните се отнасят всички къси съединения на вроменли-
130
вотоковата и постояннотоковата верига. Естествено е, че при пъл-
но късо съединение в товара токът през проводящите тиристори
се ограничава само от акгивните и иидуктивни съпротивления на
техните анодни вериги и филтъра (ако той съществува). Следова-
телно анодният ток нараства с всяка следваща комутация и не-
минуемо ще надхвърли максимално допустимата стойност. При
това е възможно и нарушаване в реда на работа на токоизпра-
вителите, обусловено от вида на силовата схема, схемата за уп-
равление, ДоПЪЛййтелнйтё елементи И Т. И.
При пробив на тиристор от силовата схема се получава вът-
решио К'ЬсЙ «Уединение. Такава авария предизвиква увеличаване
на т^кЪйёте през неповредените тиристори и може да доведе до
Двуфазпо или трифазно късо съединение в мостовия трифазен
Инвертор. Особено опасен е пробивът, който може да стане в мо-
мента на комутацията на тока през дадения тиристор.
За зависимия инвертор освен късите съединения важна роля
играе и намаляването на времето на запушване под определена
стойност, отказът в системата за управление и загубата на вен-
тилните свойства на тиристорите. Тези повреди довеждат до
преобръщане на инвертора или къси съединения.
При реверсивните токоизправители са характерни аварийните
режими на токоизправителите и зависимите инвертори. При тях
съществуват обаче специфични аварийни режими: одновременно
включване на двата токоизправителя или погрешно включване на
режимите. Токовете при тези аварии могат да нараснат и да до-
ведат до дефекти, ако не се вземат предпазни мерки.
За защита от аварийни натаетвания на тока през тиристорите
се използуват бързодействуващи стопяеми предпазители, конто
защищават вентилите от токовете на късо съединение, но не ги
защищават от претоварваяе. Предпазителите могат да бъдат
включени във всички фази на захранващата мрежа, последова-
телно с всеки тиристор, в общата верига на постоянния ток и
към всеки потребител. Те трябва да бъдат съгласувани помежду
си така, че да действуват избирателно, т. е. при вътрешно късо
съединение на дадени тиристори да изгарят само техните пред-
пазители.
Основеп параметър, характеризират предпазителя, е енергия-
та, необходима за стопяването му. Тя се изразява чрез инте-
грала
о
където I е моментната стойност на тока през предпазителя, а
/ст— времето за стопяване.
При избора на предпазителя се имат предвид следните пара-
131
метри: ефективната стойносг на тока в нормален режим, макси-
малната стойност на напрежението между краищата му след из-
гарянето, стойността 1Р7 —14 на тиристора, стойността на мак-
сималния ток през тиристора в неповтарящи се режими и до-
пустимото нренапрежение върху вентила при изгарянето на пред-
пазителя.
Условието за сигурна защита на тиристора е
1794.1,5 ’
където ТГцр= №„+
Zzdt и ?я
е времето на
горе-
не на дъгата при стопявзне на предпазителя.
Север сто зяеми предпазители за защита се използуват раз-
личии свециалпо разработени автоматични изключватели, разеди-
нители и т. н. При тях сигнал, получен от мястото на аварията,
изключва променливотоковото захранващо напрежение.
Тъй като процесите при аварийните режими се развиват мно-
го бьрзо, механически!е средства за защита често се оказват
ж недостатъчно бързодействуващи. Поряди това често се използу-
ват без<оитактнн електронни системи за токова защита.
Основннят начин, който се използува за защита на управляе-
мите токоизправителя, се базира на естествената комутация иа
тиристорите в тях. Тъй като под действиетэ на мрежата анод-
ното напрежение при всички случаи преминава през нулата и ста-
ва отрицателко, достатъчно е просто да не се подават управля-
ващи импулси и тиристорите ще се запушат. Тази защита се
осъществява чрез прекратяване иа управляващите импулси на
тиристорите в момеюи, конто се фнксират от аварийните датчи-
ци, поставени в различии места на нреобразувателите. Времето за
протзчане на аварийните токове в този случай се определя ос-
новно от индуктивните и активни съпротивления във веригата на
късо съединение и от момента, в конто е станала аварията. Мак-
сималиста стойност на аваоипияя ток се определя от тези вели-
чини и от стойността на вьншниге променливи напрежения, кои-
то въздействуват върху верига га. Когато даден токоизправител
захранва различии потребители и един от тях се повреди, обик-
новено вместо прекратяване на управляващите имтулси (и спира-
не по този н'чин на общото захранване) се увеличава ъгъльт на
управление. При това аварийнилт ток не трябва да надвишава
стойностите, допустими за тиристорите, но да е достатъчен за
задействуването на защитата иа повредения потребител. Така се
осъществява избирателна защита.
Защитата на токоизправителя от външни къси съедииения мо-
же да стане и чрез привеждането му в инверторен режим на
132
работа. Този начин е за предпочитаг'е, когато е необходимо да
се иэключват товарис големи индуктивности, което позволява да
се ускорн намаляването на енергията, запасена в товара.
Защитата по управляващ електрод невинаги осигурява необ-
димото бързодействие, тъй ка-
то от принципа на нейната ра-
бота се вижда, че продължи-
телността на изключване иа о—
аварийная ток е примерло рав- 1
на на половин период на работ- _ГГ
ната честота, а при голяма ин
дуктивност във веригата на ава-
рийния ток това време се уве-
личава още повече. Поради то-
ва често пъти се оказва це-
лесъобразно отнемането на управляващите импулси да се съче-
тава с устройства за принудително запушване на тиристорите на
токоизправителя. При използуването на капацитивна принудител-
на комутация времето на сработване на защитата практически е
равно на нула, което при всички случаи предпазва вентили-
те от претоварване.
На фиг. 4 39 е показан вариант на такава защита от външни
къси съедипения, в която комутиращият кондензатор се зареж-
да от външен токоизточник. Принципът на действие на защитата е
следният. При нарастване на тока над определена стойност от
датчиците се получава? сигналя, които след определено форми-
ране се пэдават на УЕ на тиристора Г5. Колдензаторът Ск предвари-
телно е заредей до напрежение £7с(0) с лолярност, показана на
фиг. 4 39. При отпушваи?то на Т& кондензаторът се оказва вклю-
чен между плюса и минуса на токоизправителя с обратна поляр-
ност При това през тиристорите веднага престава да тече ток, с
което захранващата мрежа се изключва от товара, а кондензато-
рът се зарежда през товарната верига. При условие, че е
достатъчно голяма, Ск се разрежда с почти постоянен ток до
нулеиа стойност па напрежението. Ако времето за разреждането
на кондензатора от Uaoy до Un е достатъчно за възстановяване
на блокиращите свойства на тиристорите на токоизправителя и са
премахнати управляващите импулси, токоизправителят се оказва
запушен. Ясно е, че това с случай на типично капацитивна ко-
мутация и големината на капацитета на кондензатора Ск ще
определи работоспоссбността на защитата. Ако се предположи, че
за времето на разряда на кондензатора токът в товарната ве-
рига почти не се е изменил поради голямата индуктивност Дф,
то капацитетът на Ск може да се намери по формулага
ЛЛ
k'cfO)-9'о
133
където /к е товарният ток в момента на късо съединение;
ts—времето на запушване на тиристорите;
Uo — средната стойност на изходното напрежение на то-
коизправителя при а=0°.
Напрежението Uc<0) трябва да бъде съобразено с обратното
напрежение на тиристорите в токоизправителя. В противен слу-
чай могат да се получат обратна пробиви по напрежение.
Дадената защита е ефективна при външни къси съединения,
а не при повреди вътре в самия токоизправител. За този случай
са създадени по-сложни схеми, при който принципът на запуш-
ване не се отличава от току-що разгледания. Различимо е глав-
но по функционален признак.
4.11.-2. Защита от пренапрежения
Под пренапрежение се разбират такива стойности на напре-
женията в тиристорните устройства, конто надвишават нормално
допустимите максимялни напрежения на тиристорите и се полу-
чаватв повтарящ се режим на работа. В повечето токоизправител.
* ни схеми повтарягдото максимално напрежение е равно иа линейно,
то напрежение на захраяващата мрежа.
Пренапреженията могат да бъдат обяснени с принципа на
действие на самите прибори, със схемата на тяхното евързване,
товарните вериги и захранващата мрежа.
Силовите прибори се характеризират с натрупването на голям
брой добавъчни токоносители, когато са отпушени и през тях те-
че ток. При запушването им тези токоносители определят бързо-
спадащ обратен ток с голям първоначален отскок, който неми-
нуемо води до получаване на чр-напрежения.
Преобразувателните устройства вияаги имат много вериги с
индуктивности При прекьсваване на тока през тези индуктивна
вериги също са възможнп пренапрежения.
Наличието на индуктивни и капацитивни елементи създава ре-
зонансни вериги, конто са предпоставка за получаваяето на пре-
напрежения.
Върху тиристориге могат да попаднат я външни пренапреже-
ния, обусловени основно от къси съединения в захрапващата
мрежа.
По отношение на рабэгоспособяосгта в условията на прена-
преження съвременяите силови полупроводников!! прибори могат
да бъдат разделени на три групи:
1. Пай-голяма е групата прибори, конто се повреждат от
пренапрежения с малка енергия и продължителност. Проби
вът на такива тиристори става в области с малка площ по срав-
нение с площта на целия PN нреход. Обикновено диодите и ти-
134
ристорите допускат претоварване по напрежение с 10 — 50 % по-
голямо от напрежението на класа.
2. Лавинни и стабилигпронни прибори. Те могат да разсей-
б
Фиг. 4.40
в проводя-
симисгс-
ти-
ват значителна пикова енергия в запушено състояние.
3. Прибори, конто
без никаква опасност се
превключват
то състояние (например
динисторите и
риге). Обикновените
ристори в права посока съ-
що могат да осигурят са-
мозащита за сметка на
отпушването по анодно
напрежение. За някои от
тях обаче това е недопус-
тимо и тогава се създават
допустими стойности на
U прдоп Тъй като тези ти-
ристори имат много голе-
ми стойности на /7ВКЛ. раз-
рушаването им става вре-
ди отпушването. Приберите
шат, но могат да нарушат нормалната работа на цялата система,
коего в крайна сметка довежда до авария или изключване на ус •
отТтази трупа могат да не се разр
тройството.
За защита от комутационни пренапрежения, възникващи пр и
запушване на тиристорите, най-често се използуват демпферира-
щи RC групи (фиг. 4.40), свързани паралелно на тиристора.
Вследствие на това обратният ток се комутира на тези групи и
при правилен избор на /? и кондечзаторът се зарежда аперио-
дично и се предотвратява индуцирането на големи пренапреже-
ния във външните вериги. Стойността на R и С обикновено се
задава от производнтслите и е C==104-30p.F и /^=0,254-0,5 й
За защита на вентилните блокове от пренапрежения се из-
ползуват А’С-групи, свързани по различии начини към вторична-
та страна на захранващият трансформатор. На фиг. 4.40 са по
Казани някои от тези начини, използувани при еднофазни и три-
фазни захранващи мрежи В първите варианта 7?С-грулите са свър-
зани непосредстеено към проводниците на фазите, а във втори-
те евързването се осъществява чрез мостов токоизправител.
Използуването на токоизправител позволява натрупващият
кондензатор да е електрэлитен. К'пацитетът на кондензатора,
необходим за демпфериране на пренапреженията, се определи
във ьсеки конкретен случай от такива фактора каго стойността
на товарния ток, параметрите на трансформатора, скоростта на
135
прекъсване на веригата и т. н. Затова етрудно предварително да
се определи оптималната му стойност. Ориентировъчно капаци-
тетът му може да се намери по формулата
С= —-----.
където S е типовата мощност на тралсфср-
матора, отнесена към една фаза;
f - честота на захранващото напре-
жение;
L'max — допустимата стойност на прена-
прежението.
Резисторът от една страна, ограничава
тока през вентилите на диодния мост, а от
друга, демпферира трептенияга, конто могат
да възникнат при включване на моста между
кондензаторите и индуктивността на трансфор-
матора. През резистора Т?2 се разрежда кон-
дензаторът С.
Ефективна защита от пренапрежения се по-
Фиг. 4.41 лучава с използуването на специално създа-
дени прибори с нелинейна стабилитронна
характеристика (фиг. 4.41) Това са симетрич-
ните силициевп ограничители на напрежение от типа КСОН, кон-
то имат стабилитронна лавинна характеристика в двете посоки с
номинални напрежения 400 — 2500 V. Освен това в преобразу-
вателите иа западните фирми се използуват селеновн стълбове
от типа „Тиректори“, притежаващи стабилитронна характерис-
тика.
Защитата от пренапрежения в преобразувателните устройства
се облекчава при използуването на диоди и тиристори с лавинна
обратна характеристика. Тези прибори се самозащищават от пи-
кови пренапрежения, разбора се, в определени граници.
136
Г Л А В A 5
ПРОМЕНЛИВОТОК ОБИ ТИРИСТОРНИ РЕГУЛАТОРИ
Променливотоковите тиристорни регулатори (HTTP) са ус-
тройства, с конто може да се регулира стойността на товарного
напрежение (или ток). Обикновено променливотоковага мощност
се регулира по определен закон в определены границы.
5.1. БЛОКОВА СХЕМА И КЛАСЕФИКАЦИЯ НА ПТТР
Блоковата схемг! на ПТТР е показана на фиг. 5.1. Промен-
ливотоковийт източник (ПТИ) осигурява мощността, конто след
преобразуване се подава на товара. Най-често това е еднофазна-
та или трифазната мрежа. Напрежението на ПТИ може да се по-
да де непосредствено на
тиристорния регулатор
(ТР) или през транс-
форматор, чрез който
става съгласуваието на
входното напрежение
на регулатора. Често
силовата схема на ТР
се включва в първична-
та страна на този тран-
сформатор, който освен
за съгласуваве служи и
за галванично разделяне на 111 И и
Фиг. 5.1
гоьара. Регулаторът е тирис-
торна схема, чрез конто се измени променливото напреже-
ние. С филтъра Ф се намаляват висшите хармоници на то-
ваоното напрежение. Системата за управление СУ подава уп-
равляващи импулси на тиристорите в определена последе-
вателност и определени моменти от времето, определящи се от
сигналите на обратната връзка иля на ръчното управление. Ос-
вен тези блокове в реалните системи вииаги има спомагателпи
вериги като комутиращи елементи, сигнализации и защити, кон-
то осигуряват нормалната работа на преобразуватели.
В зависимост на начина на комутация на тиристорите ПТТР
се разделят на два класа: ,>
а) ПТТР с естествена комутация;
б) ПТТР с принсдителна комутация.U
Първият клас регулатори е по-разпрострапен поради простотата
137
си. ПТТР с принудителпа комутация имат по-добри енергийни
показатели, затова в определен!! условия и изисквания те са за
предпочитане [54].
В зависимост от товара преобразувателите могат да бъдат ед-
нофазни и трифазни. Освен това схемите им са симетрични и
несиметрични. Когато регулирането се извършва през времето на
двата полупериода на променливото напрежение, ПТТР са си-
метрични, а когато то става само пред единия полупериод — не-
симетрични.
Освен тези признаци, които характеризират повече самите
силови схеми, в зависимост от начина на регулиране ПТТР се
разделят на регулатори с широчинно-импулсно регулиране (ШИР)
и времеимпулсно регулиране (ВИР}. В първия случай се измени
продължителността на полусинусоидните импулси при постоянен
период на тяхното повторение, а при втория се измени перио-
дът на повторение на импулсите, като се поддържа постоянна
продължителността им.
5.2. ЕДНОФАЗНИ ПТТР
На фиг. 5.2 а е показана схемата на еднофазен ПТТР, който
се състои от два антипаралелно свързани тиристора, последо-
вателно на които е включен товарът.
На фиг. 5.2 г и О са показани времедиаграмите на напреже-
нието върху товара и върху тиристора Тг при работа с активен
товар (ключът К, на фиг. 5.2 а е затворен). Ако на УЕ на ти-
ристорите липсвпт УИ, тиристорите са запушени и напрежение на
товара не се подава. Естествен© е, че тиристор ьт Уд мокс дл
провежда в интервала, 0 — л, а тиристорът 7’2 в интервала л—2л.
Нека се предположи, че в момента, съответстващ на ©j, е пода-
ден УИ на тиристора (фиг. 5.2 б) и той се отпушва. Тогава
върху съпротив яе.чието R, се прилага положителна полувълна иа
захранващо напрежение и тиристорът провежда до момента,
когато това напрежение спада не до ну ла и започне Да измени своя
знак. Следователно чрез промяна на величината на ъгъла на ре-
гулиране а може да се измена средната стойност на напрежение-
то за полупериода:
-'t
t/o„ =-*- J t/,„sin О d6-- Ecosa). (5.1)
а
При а-^-л се получава йо,.—-0.
През времото на втория полунериод в момента 02, огстоящ
на ъгъл а от л, се подава У И на тиристора Т% (фиг. 5.2 в). Ги-
ристорът се отпушва и отрицателиэта пэлувъл ia на напреже-
138
„него се прилага върху товара. Тиристорът Тъ провежда до мо-
мента, съответствуващ на ъгъл 2л. По-нататък пронесите се пов-
тарят.
.Ефективната стойност на напрежението върху товара зависи
от ъгъла а по следния начин:
= ,2 2=
(5.2)
Уравнение (5.2) е и регулярен ьчната характеристика на про-
мепливотоковия регулзтор.
Когато ъглите а за двата тиристора са еднакви, както е в
показания на фиг. 5 2 случай, върху товара няма постоянна със-
тавка на напрежението и управление го се нарича симетрично. Ако
ъглите на регулиране на два га тиристора
ниегэ е несиметрпчно и върху товара се
чавка на напрежението:
са различии, управле-
появява постоянна със-
(cos a, — cos а2),
(5.3)
к ъдето аг е ъгълът на ре-
гулиране на
Л;
а3 — ъгълът на ре-
гулиране на
г,.
На фиг. 5,2 д е пока-
зана формата на напре-
жението върху тиристора
Т\. В интервала О—кс-
гато са запушени и двата
тиристора, на Т\ се пода-
ва захранващо напрежение
от мрежа!а в права по-
сока. От ©! ДО Л ТИрИСТО
рът е включен и пегого-
то напрежение е минимал-
но. В интервала л — ©.
върху Тг се подава на
Фиг. 5.2
прежечие от мрежата в
обратна посока, а след топав 02-—2л верху него се прилага
напрежението на ангипаралелно включения и отпушен тири-
стор Т.2.
На фиг. 5.3 са показана характерните напрежения и токове в
регулятора на работа с активно-индуктивен характер на товара
139
се
Фиг. t> 3
ключът к на фиг. 5.2 а е отворен}. Индуктивността в анодната
верига на тиристорите оказва аналогично влияние, както ивЖ
Благодарение на запасената енергия в LT токът през тиристора
задьржа и той продължава да провежда и през част от от-
рицателния полупери-
од. По тази причина
в кривата на изходно-
то напрежение (фиг.
5.3 в) се наблюдават
учасгъыи в отрицател-
ните за тиристорите
полупериоди. Тези уча-
стъци се определят от
cos ср на товара и са
п э-продължителни при
по-малки cosep. Ако ин-
дуктивюстта на товара
е много голяма, мо-
же да се стигне до по-
ложение, когато двата
тиристора провеждат в
интервала Х=л, и тога-
ва променливотоковнят
ключ губи управлява-
щите си свойства—той
провежда цял период
и товарът се оказва
включен през нялото време към мрежата. Зада може да се ре-
гулира изходното напрежение, необходимо е да се изпълнява ус-
ловието
а > <р.
(5.4)
Ефективната стойност на изходното напрежение освен от ъгъ-
ла и стойността на захранващото напрежение зависи и от стой
ността на coscp на товара, която ’определи ъгъла на проводи-
мостта на тиристорите:
. (5.5>
На фкг. 5.3 г е показан видьт на тока през тиристорите и
товара. Той м. же да се определи, като се реши диферепцмално-
то уравнение на /?£-верига при нулеви начални условия и сину-
соидно вьздсйствие.
Нафиг. 5.3(7 е показана формата на анодното напрежение
върху 7\. Явно е, че тиристорите трябва да бъдст избрани по
140
напрежение така, че да издържат амплитудиата стойност на про-
менливото напрежение. Освен това и при двата режима на рабо-
та напрежението върху тиристорите се прилага със скок, кое-
то означава голямо нарастване на анодното напрежение и опас-
ност от иеравномерното отпушване на тиристорите. Против този
ефекг е необходимо да се вземат съответни предиазни мерки,
който обикновено се свеждат до включването на 7?С-групи пара-
лелно на тиристорите.
Естествено е, че вместо два антипарагелии тиристора в клю-
ча, показан на фиг. 5.2 а, е възможно да се използува един сн-
метричен тиристор (фиг. 5.4 а).
На фиг. 5.4 са показани още три втрианта на променливото-
кови регулатори, конто предсгавляваг съчетання на тиристори и
диоди. Във втория случай (фиг. 5.4 б) регулиране може да се
получи само през единия полуяериод. Другият полупериод на
захранващото напрежение през диода Д се прилага направо вър-
ху товара ZT.
Напрежението в товара на схемата от фиг. 5.4 в се регулчра
за сметка на тирис ора /', кой го е включен в товарная диагонал
на тжоизправитглния мост Дг~Д4. На изхада на ТИ се полу-
чава изправено напрежение във вид па полусинусояди. Ток пр'-з
диодите и съответно товара ще протича само когато е отпущен
тиристорът Т. Като се измени ъгълът на подаване на У И на
тиристора спрямо нулата на изправените полусинусоилалич им-
пулей, може ла се пегулира ефективна!а стойност на товарного
напрежение. Тогава пр з единия полупернод протича ток по ъери
гата и, ZL, Д1г Т, Д2, и, а през втория — по веригата «, Д3, Т,
1-11
Дь ZT, « Вижда се, че токът, а оттай и напрежението. върху
ZT имат променлив характер, което е осигурено от фак-та,, че то-
варът е включен в диагонала на моста последовавелно със за>
хранващата мрежа. В такъв вид схемата е намерила разпростра'-
некие в битовата електроника за относително маломощни вериги'-
Основният й недостатък се състои в това, че запушването на
тиристора Т става не о г обратного напрежение, а от това, че
токът става по-малък от тока на изключване.
В схемата на фиг. 5.4 г регулирането се извършва чрез двата'
насрещно свързани тиристора 7\ и 7\. През положителния по-
лупериод токът протича npesZ,, 7\ и Дг, а през отрицателния—
през Т2, Д и Z, . Предимство на схемата е, че тиристорите имат
общ катод, което позволява СУ да има обща точка за двата УРТ
5.3. ТРИФАЗНИ ПТТР
Когато консуматорът е трнфазен, за регулиране на напреже-'
нието се използуват трифазни ПТТР. Обикновено тези регула-
тори се изграждат от аптипаралелни тиристори или симетрйчни
тиристори, свързани последователно с товара, разпределен в раз-
Личннте фази. В зависимост от това, дели товары е включен в
звезда или триъгълник, са различии и свойствата на тези регула-
тори.
На фиг. 5.5 а е показана схемата на гргфазен HTTP, това-
рът на който е евързан в звезда с нулев проводник. Внимателпо-
то разглеждане на схемата тюказва, че нейното действие не се
отличава от сбикновевия еднофазен регулятор (има се предвид,
че всяка отделна фаза в дадения случай е независима, тъй като
всички фазовй напрежения се подават към нулевия проводник,
но между тях имя фазова разлика —yj- Оттук следва, че енер-
гийните показатели за всяка фаза са същите както за еднофаз*
ната схема за различимте видове товари.
142
Г^’Общото за всеки еднофазен регулатор в тази трифазна сис-
тема е нулевият проводник. Явно е, че токът zc, протичащ през
него, е равен на сумите иа токовете в тр.-т*. фази. В зависимост
от ъгъла на регулиране к, който е в границте 0—180о>в сис?
Фиг. 5.6
темата могат одновременно да провеждат тиристорите на две от
сразите или само на една. Ако протича ток през дйе от фазите,
токът на нулевия проводник е равен на тока на Третата фаза,
ако и тя би провеждала, само че с обратен знак: При провежда-
не само на едва фаза 10 е равен на тока на фазата.
На фиг. 5.5 б е показана формата на иЗхФДното напрежение
пр I различии ъгли на регулиране. Явно е, че основните електри-,
ч-. ски параметри на тиристорите в схемата ще бъдат съгците
както в еднофазния регулатор.
Схема на трифазен ПТТР, товарните съпротивления на който
(~Rb —Рс ) са свързани в звезда с изолиргва нула, е показана
а фиг. 5.6 а. Комутацията на тиристорите е различна в сравне-
ние с предишната схема, тъй като работата на всички фази е
взанмносвързана изада протече ток презтовара, необходимо е од-
новременно да провеждат два или повече тиристори от различии
фази При това върху товара във всяка фаза в различии интер-
вали от време се прилага половината от линейното или фазового
напрежение или не се подава напрежение. Регулирането на
напрежението- в тази схема от максимум до нула става ври из-
менение на сс от нула до 150°. Регулировъчните характеристики
на различимте интервали се изразяват по следния начин:
=t/„^ 1 ( 2 ~ 4- a+4sin2d)’ 3 ’
(5.6)
143
На фиг. 5.6 б, в и г са показана формате на изходниге ианре-
жения <а трите различии интервала па регулиране. Показана е
кривата на напрежението вьрху товорното съпротивление на фаза-
та А. От диаграмите се вижда, че през трегия интервал се получа-
ва прекЪснаг режим на работа, който изисква сдвоени импулси
за управление на тиристорите, подобно на прекъснатия режим
при токоизправителитс (фиг. 5.6 г).
Характерно за изходното напрежение е, че в него липсват хар-
моници, кратни на три. Първият от висшите хармоници на фа-
зовите токове е лети и е с максимална амплитудна стойност, по-
' малка от тази на трегия хармоник на фазовия ток за схемата на
фиг. 5.5 п.
Силовите тиристори в дадеъия регулятор се избират по след-
пите основни параметри — максимални прави и обратки напреже-
,иия, поголеми OI имплитудата на линеннэто аахранвлщо напре-
жение \Ъит\ класът па тиристорите но ток трясвл да съответ-
б т
ствува на средняя ток, равен на -р-, а максималната стойност
>-'т
на тока е - р
На фиг. 5.7 е показала схемата на трифазен ПТТР, в конто
тиристорите са сьединени последователно с товарите, свързани в
триъгълтик. От фиг. 5.7 се вижда, че даденият трифазен регу-
лятор може да се рззглежда като сьстоящ се от три еднофазни
преобризувателя, свързани към сьогветните ливейяи иатрежения.
В дадената схема входив ток >вг са линсйлиге. които са разлики
на съответните ф «зови товарни токове. В зависимост от ъгъла на ре-
гулчрчне С4 токът в линейния проводнйк се формира по три раз-
личии начина. Когато ток пр «типа в две фаза иа товара, свърза-
ни към разглеждания линеен проводник, входният ток е равен на
линейния. Ако провежда едка от дв?те съседни фази на товара,
линейният ток е равен на този фалов ток. Когато не провежда
нито една фаза, т жът в линейния проводник е равен на нула.
Сравнение™ ид еиергяйните показатели на т-зи пре>»бразува-
тел с регулатора, изградени по схемата от фиг. 5-6, показва, че
те са пэ-високи. Освен това във входните токове тук липсват
хармоници, кратни на три. Пьрвият внеш хармоник е петият, ам-
плитудата на който е със 17 % по-малка от сьответния пръв
висш хармоник от схемата на фиг. 5.6. Това обаче не се отнася
до висшите хармоници в товара, които и тук са големи.
От изложеното дотук става ясно, че схемата от фиг. 5.7 може
да се препоръча за регулиране на трифазни товари, ако няма
специални изисквания към висшите хармоници.
Максималните стойности на електрическпте параметри, към
които е необходимо да се ориентира конструкторът, (са: право
и обратно напрежение у'З Um, средна стойност на тока през всеки
тиристор——и максимална стойност на тока —
В регулатора, показан иа фиг. 5.8, са използувани три обик-
новенн тиристора, свързани в триьгълник, и товари, съединени
между фазите и върховете на триъгълника. От такова евързва-
не произтичат следните особености на схемата. При запушени ти-
ристори гк в товара не протича. Когато един тиристор се от-
пуши, изходното напрежение при еднакви товарни съпротивления
в трите фази ще бъде полозината от линейною. При отпушени
дза или три тиристора върху товара се подават фазовите напре-
жения. Напрежението върху товара се изменя от максимална
стойност до нула при изменение на ъгъла на регулиране а от О
lit п
до 6 • оа началото на ъгъла а се взема—g-, получен от пре-
сичането с оста at на линейною напрежение.
Изчислението на енергийните показатели на тази схема показ-
ва, че те са относителнэ ниски. Във входния ток има четни хар-
моници, което във всички случаи оказва неблагоприятно влия-
ние на мрежата.
Тиристорите в тази схема трябва да се изберат по следните
10 Тиристорна техника
145
основни параметри: право и обратно напрежение, по-голямо от
зит
\l'3Urn, средна стойност на тока, по-голяма от макси-
мална стойност иа тока, по-голяма от —р—
5.4. ПТТР С ПРИНУДИТЕЛНА КОМУТАЦИЯ
В разгледаните дотук схеми на ПТТР комутацията на тока
в тиристорите е естестиена, тъй като те се запушват при преми-
наването на мрежовото напрежение през нулата. При това поло-
жение между първия хармоник на входния ток и на напрежение-
то съществува фазова разлика, определяща се основно от стой-
ността на ъгъла на регулиране а. Това означава, че като консу-
матор на енергия ПТТР внася реактивна енергия в мрежата, с
което влошава нейните показатели. По тази причина са конструи-
ранн ПТТР с принудителна комутация (ПТТРПК), при конто про-
менливото напрежение може да се регулира в първата и вто-
рата половина на полусинусоидата. По такъв начин може да се
• измени ъгълът на първия хармоник на входния ток по отноше-
ние на захранващото напрежение и той да се ноддържа бтизък
до 0°. За да може да се изключи тиристорът при положително
захранващо напрежение, се използуват специални комутиращи
вериги. Обикновено те се състоят от допълнителни тиристори,
кондензатори, индуктивности и диоди. Основните различия в схе-
мите на ПТТРПК се състоят в начина на зареждане и разреж-
дане на комутиращите кондензатори и характера на товара.
На фиг. 5.9 а е показана проста схема на ПТТРТК, в която
ролята на ПТТР се изпълнява от антипаралелно свързаните ти-
ристори 1\ и Т2. Комутиращите кондензатори Ск, и СКз се за-
реждат през диодите Дг и Д2, а комутиращи тиристори са
Тк,. И ТКа.
Принципът на действие на регулятора се състои в следиото.
С включване на захранващото напрежение кондензаторите СК1 и
СКа се зареждат до неговата амплитудна стойност с полярност,
показана на фиг. 5.9 а. Ако се предположи, че в момент 0Х се
подава УИ на тиристора 7\ (фиг. 5.9 б), той се отпушва и в то-
вара се подава захранващото напрежение (фиг. 5.9 в). В момен-
та, съответстващ на 02 (фиг. 5.9 б), се отпушва тиристорът Гк„
при което паралелно на 1\ се прилага напрежението на конден-
затора СК1 с полярност, запушваща Т±. Ск, започва да се преза-
режда по веригата и, Ск„ TKl, Л. Ако отрицателното напрежение
на се задържи достатъчно дълго време, той се запушва и пов-
торного подаване на положително анодно напрежение (фиг. 5.9)
не го отпушва. Следователно напрежението върху товара след
146
презареждане на кондензатора и запушването иа 7’к, става рев«
но на нула, тъй като и силовата, и комутирашата верига са пре-
къснати от запушените тиристори. През втория полупериод е
възможно да се включи тиристорът 7'3. Управляващ импулс се
подава в момент л ф- 01 (фиг. 5.9 б). Върху съпротивлението 7?
се подава част от отрицателната полувълна на захранващото на
прежение. Т2 ще провежда до момента, в който се подаде УИ
на ТКг (фиг. "5.9 г). При това върху 7'2 се подава напрежението
на кондензатора CKs, който започва да се презарежда по вери-
гата и, R, Тк„ С1<2. При спадане на тока на кондензатора СКа до
нула тиристорът ТКг се запушва и по такъв начин товарът 7? от-
ново се изключва от мрежата. Освен тези основни процеси, кон-
то са свързани с предаването на електрическа енергия в товара,
през този полупериод в схемата се подготвя комутацията на ти-
ристора 7\. Това става по веригата Дг—СК1, в конто конденза-
торът Ск, се зарежда до амплитудата на захранващото напре-
жение с полярност, показана на фиг. 5.9 а.
По-нататък отново се отпушва 7'1. Процесите в основната ве-
рига се повтарят, като в този полупериод се зарежда кондеяза-
торът Ск. и се подготвя за запушване на тиристора Т2.
Следователно подготовката за комутация в схемата става във
вески прелишен полупериод.
Сравнението на изходното напрежение на регулатора е есте-
ствена комутация (фиг. 5.2) и на ПТТРПК показва, че в първия
случай се регулира моментът на включване, а при втория — мо-
меитът на включване и моментът на изключване на силовите ти-
ристори. Ако се предположи, че всеки тиристор на ПТТРПК се
включва в момент а—0° и се изключва в момент, състветству-
ващ на ъгъла р, който се регулира, методът може да се нарече
147
обратно фазово регулиэапе. Като се използува този ъгъл, за
регулировъчнага характеристика се получава следнияг израз:
!₽). (5.9)
Сравняването на методите с пра-
во и обратно фазово регулиране п>-
казва, че в енергийно отношение те
са еквивалентни. Във втория случай
обаче първият хармоник на тока
изпреварва п(> фаза захранващото
напрежение, в резултат на което те-
зи преобразуватели могат да бъдат
изполгувани като компенсатори на
реактивна мощи эст. Освен това при-
лагснето па двата метода може съ-
ществено да подотри общ ня фактор
на мощността на входа. В това отно-
шение съществен интерес представая-
регулиране, при което {3=л-сс.
и=и
Фиг. 5.-О
ва симетричнотэ фазовэ
В разгледаната схема ко.мутационните възможности на кон-
' дензаторите са ограничени поради факта, че тяхната енергия за-
виси от напрежението на захранващата мрежа. На фиг. 5.10 е
показана схемата на регулатор, в който СК1 и Ск, се зареждат
през трансформатор и по такъв начин чрез регулиране на коефи-
циента на трансформация могат да се дэстигат по-големи кому-
тационни напрежения. Характерно за схемата е, че при ней през
време на комутациэнния интервал кондензаторите се включват
паралелно на товара, докато в предната схема те се включват
паралелно на тиристорите. Схемата работи по подобен начин.
При включване на мрежовото напрежение кондензаторите се за-
реждат през диодите ДА и Д2 по а.мплитудата на вторично™ на-
прежение на трансформатора 'Гр с полярност, показана па фиг.
5.10- В определен момент се отпушва и върху товара се при-
лага напрежението на мрежата. След това се отпушва TKl и се
запушва 7\, тъй като кондензаторът СК1 е зареден до по-високо
напрежение от това на мрежата и върху 7\ се пздава резулгант-
но обратно напрежение Кондензаторът Ск, се рззрежда проз TKl
и Д до нула. Кзмутира цзта верига е така включена, че през то-
зи полупериод на напрежението диодът Дх е затушен, а е въз-
можно да провежда Д2. По такъв начин през време на комута-
ционния интервал комутиращата верига не е свързана с мрежата,
което е определено предимство от гледна точка на внасяните сму-
щения
През другим полупериод провежда Т2. Той се изключва при
отпушване на Тк.- В този интервал става зарежда 1ето на Ск, с
необходимата полярност за запушване на Tt. По-нататък проне-
сите се повтарят.
148
5.5. РЕГУЛИРАНЕ НА ИЗХОДНОТО НАПРЕЖЕНИЕ
НА Т0К0ИЗПРАВИ1ЕЛИ1Е С HTTP
Фиг. 5.11
Когато е необходимо в токоизправителите да се регулира мно-
го високо или много ниско напрежение, за предпочитане е регу-
лирането да става в първичната страна на трансформатора, тъй
като последователното или
паралелното свързване на
много тиристори при всички
случаи намалява сигурност-
та на схемата.
На фиг. 5.11 а е показа-
на схемата на еднофазен ТИ
със средна точка, регулира-
нето в който се осъществя-
ва чрез тиристори, свързани
антипаралеЛно в първичната
страна на анодния трансфор-
матор. Принципът на дей-
ствие на схемата се отли-
чава от принципа на сбикно-
вената управляема схема, ка-
то основната разлика е, че
токоизправителят е неуправ-
ляем. На фиг. 5.11 б и в са
показани формата на изход-
ното напрежение иОа и пър-
вичният ток z\ при работа с
чисто активен товар. Вижда се,
накъв с този на фиг. 5.3, което показва, че основните
тения
схема.
На фиг. 5.12 са показани характерните криви на токовете и
напреженията в схемата при активно-индуктивен товар, като е
прието, че cosep е малък и изходният ток е постоянен. Този ре-
жим на работа се отличава от режима при обикновения регу-
лируем ТИ със средна течка по това, че двата диода провеждат
ток, когато в изходното напрежение има пауза (фиг. 5.12 б, в и
г). Нека да разгледаме процесите в схемата от момента вг, ко-
гато се подава УИ на Тг До този момент товарният ток се е
осигурявал от дзата диода и сега токът през Дг нараства ли-
нейно до 7fi> а тскът през Д2 спада до нула. В момента 03 за-
хранващото гапрежение спада до нула и започва да променя
своя знак. В това време обаче тиристорът Г2 още не е отпущен и то-
кът през първичната страна на трансформатора спада до нула
(фиг. 5.12 <?). В товарната индуктивност обаче има запасена енер-
че
характерът на кривите е ед-
съотно-
за връзката между U2 и ИОи остават в сила и за тази
149
гия, конто създава е. д. н. в посока на отпушване на двата дио-
да. Товарният ток остава постоянен, но той се разпределя през
двата диода по равно — токът на спада до % I0,ia-2. нараства
от нула до 3/2 /0. Тъй като zQI и i<a са еднакви, но с противни
посоки по отношение
Фиг 5.12
на вторичната страна
на анодния трансформа-
тор, в пьрвичната му
намотка не протича ток.
В момента ©5 се пода-
ва У И на тиристора Г2.
Токът на сьответния
диод нараства до 70, а
токът през Дл спада
до нула. В момента Н-
напрежението отново
минава през нулата и
сменя своя знак. Тири-
сторът Т„ се запушва и
отново от запасената
енергия на £т се от-
пушват двата диода,
при което те дават на-
късо товара и иегово-
то напрежение е равно
на нула.
Явно е, че средната
стойност на изходното
от ъгъла на управление а
та с чисто активен товар.
напрежение ще зависи
по същия начин, както и в схема-
Максималните правя и обратни на-
прежения на тиристорите се определят от амплитудата на «, а
обратного напрежение на диодите се определя от максималната
стойност на напрежението на вторичната страна на трансформа-
тора.
На фиг. 5.13 е показана схемата на мостов трифазен токоиз-
правигел с регулиране в пьрвичната страна на трансформатора.
Характерно за схемата е, че се регулира не само товарният ток,
но и токът на намагнитване на трансформатора. Освен това при
индуктивен характер на товара става затваряне на тока през дио-
дите в рамената на изправителния мост, при което трансформа-
торът се дава накъсо.
На фиг. 5.14 са показани времедиаграмите на токовете и на-
преженията в схемата при ъгъл на регулиране а и силно индук-
тивен характер на товара. По принципа на действие и вида на
изходното напрежение и ток схемата не се отличава от схемата
с регулиране на вторичната страна на трансформатора. На фиг.
150
5.14 г е показана кривата на анодното напрежение върху тирис-
тора 7\. Диаграмите са начертани при условие, че намагнитва-
щият ток е пренебрегнат. В действителност, ако в момента на
комутация на товарния ток от един вентил на друг намагнит-
Фиг. 5.13
Фиг. 5.14
ващият ток i/t е по-голям от тока на задържане на тиристора,
то тиристорът, който трябва да се запуши, продължава да про-
151
вежда, докато i,, >1яар. В този случай в кривата на анодното напре-
жение изчезват участъците с положителни пикове на иапреже-
цието.
Ако се приеме, че първичното напрежение на трансформато-
ра е t^—Uym Sin'S1, то за
участъците, в конто върху
тиристорите има иа фО,
анодното им напрежение
е
Иа = '2- t'lmSin'fi.
Максималните обратки
и прави напрежения зави-
сят от ъгъла а:
f7max= -J- t/b«sin Ф«
При изменение на а от
О до-»- напрежението вър-
о
ху тиристора се измени
от 0,75 Utm до 1,5 Utm.
При сс>-у- (фиг. 5 15)
диодният блок Д^— Д6 про-
дължава да работи в неп-
рекъснат режим, тъй като
е. д. н. на самоиндукция-
та поддържа тока на то-
вара. При това в кривата на токовете през тиристорите 1\—Т6
се появяват участъци с пауза. Това означава, че индуктивната
енергия не се отдава в мрежата, което довежда до повншаване
на фактора на мощността иа преобразувателя.
Максималното право и обратно напрежение върху тиристори-
те и в този случай е равно на 1,5 Uim.
При работата на този преобразувател могат да се различат
два режима. При първия се предполага точно равенство на ъг-
лите на регулиране на тиристорите Т\—Т6. Тогава намагнитва-
щите токове са еднакви по форма и се различават само по знак.
При известии различия на ъглите на регулиране, конто несъмне-
но имат място в реалните системи за управление, се получава при-
нудително подмагнитване от потока, формиран в първичпата на-
мотка на трансформатора. Това подмагнитване не оказва особено
влияние на размерите на трансформатора, но влияе на коефициен-
та на мощност.
152
Средната стойност на изправеното напрежение за
се определи по формулата
Uuu—----_--- t/jcosa. (5.10),
където е ефективната стойност на фазовото напрежение на
захранващата мр<-жа;
ke — коефициентът на трансформация на трансформатора
(*“?)
В интервала—" -у изходното напрежение се измени
по закона
Uoa= 1-~sin (а~ 6 )j • (5.11)
Средната стойност на товарния ток /ои за целия обхват на ре-
гулиране се определи от напрежението UQu и активного съпро-
тивление на товара RT:
За първия интервал на регулиране средната стойност на тока
през един тиристор е
, _ АТ !0а
‘а~ 3
Съответно ефективната стойност на тока през първичната на-
мотка на една фаза на трансформатора е
А = ^\Ц-/0и- (5-12)
През втория интервал (-у- S а <_ j за тези токове се получа-
ват следните изрази:
Последните две уравнения показват, че с увеличаване на а
средният ток през тиристорите намалява заедно с ефективната
153
стойност на тока през първичната на потна на трансформатора.
Такова явление не се наблюдава при токоизправителя с регулира-
не на вторичната страна на трансформатора.
На фиг. 5.16 е дадена схемата на трифазен мостов токоизпра-
• вител с регулиране на първичната страна, в конто мрежата има
изведена нула. При работата на този токоизправител се наблю-
дават три участъка на регулиране. Ако се предположи, че ъгълът
на управление а се отчита от преминаване през нулата на съот-
ветното фазово напрежение, в интервала 0<а<30° регулиране на
изходното напрежение не е възможно, тъй като условията за ра-
бота на диодния мост не се изменят в сравнение със случая, ко-
гато липсва променливотоковият регулатор. Съответните диоди се
включват, когато тяхното напрежение иа стане мексимално за да-
дената трупа. А за дадения обхват на изменение на ъгъла а
винаги се подсигуряват условията, конто имат място в неуправ-
ляемия ТИ.
В интервала 30с<а<90° формата на изходното напрежение и
принципът на действие на схемата не се различават от съответ-
ния случай за работа на трифазния мост с тиристори. Изходното
напрежение се изменя по закона
U0a=U00cos {а— £ ). (5.15)
Когато ъгълът а стане по-голям от 90°, в кривата иа изход-
ното напрежение се появяват паузи. В интервала 90°<а< 120° при
индуктивен характер на товара през времето на паузите провеж-
дат диодите от анодната и катодната трупа, свързани към една
и съща фаза. В резултаг товарният ток се затваря през тях и
трансформаторът се оказва шунтиран, затова през вторичната и
154
първичната му страна не протича ток. Товарного напрежение на-
малява съгласно уравнение™
^oa=t7oo [l + cns (а+4г)]'
(5.16)
На фиг. 5.17 е показана ре-
гулиров ьчната характеристика
на ТИ. Вижда се, че при ъгъл
на регулиране а==Г2Э° изход- 0
ното напрежение спада до ну- w--------
ла, тъй като е нарушена рабо- 08 ч.
тэта на моста и той се оказза *' i
фактически изключен. 06' {
Токоизправителите с регули- ол - I
ране в първичната страна на [ J \
трансформатора имат по малки °’2’ i I I
размери и цена от оз.акаозени 6QO 9’QO
те схеми с тиристори във вго-
ричната страна на трансформа- Фиг. 5.17
тора. При тя< се осигурява зна-
чителна икономия на тиристори за сметка на диодиге. Тъй кат0
диодпте се конструират за по-големи токове и по-високи напре-
жения, се постига и икономия на вентили. Това сеотнася за ннс-
коволтовите тикоизправители (напрежение от порядъка на де-
сетки волга) и за токоизправителите с много високо изходно
напрежение (от порядъка на хиляди волга), при конто в обик-
новените схеми би се изисквало последователно или паралелно
съединение на тиристорите.
Особено значение има използуването на дадените токоизпра-
вители за създаването на напълно безконтактни изправителни схе-
ми. Замяната на електромеханичните контактори, автоматическите
изключватели и предпазителн с тиристорни устройства увелича-
ват дълговечността, скоростта на включване в работа и съгласу-
ваността между отделяйте елементи на сложния изправителен
агрегат.
Z л.; UIA \
(ЬМБАKOJСКА)
155
Г Л А В A 6
постояннотокови ТИРИСТОРНИ РЕГУЛАТОРИ
6.1. ПРИНЦИП НА ДЕЙСТВИЕ И КЛАСИФЙК^ЦИЯ
НА ПОСТОЯННОТОКОВИТЕ ТИРИСТОРНИ РЕГУЛАТОРИ
Постояннотоковите регулатори са устройства, предназначени
да регулират постояннотоковага енергия на захранчащия източ
ник по начините на широчинно-импулсната или времеимпулсната
модуляция
Фиг. 6.2
На фиг. 6.1 е показана схемата на постояннотоков тиристорен
преобразувател, в който е използуван тиристорен ключ. Обикно-
вено товарът в такива системи има индуктивен характер, поради
което е необходимо използуването на обратен диод До, през
който да се затваря товарният ток по време на паузата. Ако се
предположи, че тиристорният ключ е идеален, при включен ре-
гулатор върху товара се подава напрежението Ео, а при изклю-
чен напрежението върху товара е равно на нула. В зависимост от
продължителността на включеното и изключеното състояние на
ключа средната стойност на товарното напрежение може да се
измени от някаква максимална до минималка стойност. На фиг. 6.2
са показани два възможни начина за такова регулиране. При
първия (фиг. 6.2 а) постоянен е периодът на работа на ключа
(7'==const), а се изменят продължителностите на импулса и
на паузата. Този начин на регулиране е много разпространен в
156
преобразувателната техника и се нарича шнрочинно-импулсна мо-
дулация (ШИМ). Във втория случай (фиг. 6 2 б) постоянен е tu,
а с изменението на Т се постига регулиране на напрежението.
Този метод се нарича времеимпулсна модулация (BUM).
Ролята на ключа в теги преобразуватели се изпълнява от ти-
ристирните регулатори на постоянен ток.
Като се има предайд мястото на тези регулатори в преобра-
зузателите, биха могли да се отбележат никои специфична изиск-
вания към тиристорите, които са използувани в тях.
1. Ако използуваният в основната верига тиристор е двуопе-
рационен, особени трудности при прекъсването на тока през него
не могат да възникват, тъй като той се запушва със сигнал от
схемата за управление. Но тези тиристори са маломощни и не
могат да удовлетворяват изискванията по мощност.
2. Използуването на обикновени тиристори изисква специални
комутиращи вериги, които да запушват тиристорите в необходи-
мите моменти. При това енергията за комутация може да се взе-
ма от външен източник или от захранващия източник.
Голямото разнообразие от постояннотокови тиристорни регу-
латори (ПТР) се основава на голямото различие в комутиращите
вериги. Обикновено тези вериги се състоят от капацитет, дросел,
диод и комутиращ тиристор. Комутиращият тиристор е спомага-
телен превключващ елемент в схемите, откъдето те носят и на-
именованието си—схеми със спомагателна комутация.
В табл. 6.1 е показана класификацията на ПТР.
По начина, по който става комутацията на тока в постоянно-
токовите регулатори, те могат да се разделят на два основни
типа:
1. ПТР с паралелна комутация.
2. ПТР с последовагелна комутация.
В първия случай комутацията се извършва под въздействието
на енергията на предварително зареден кондензатор, който се
включва паралелно на основния тиристор н го запушва. Тази ко-
мутация се нарича капацитивна. Ако основният тиристор се за-
пуши благодарение на изтласкването на неговия ток на антипа-
ралелно включения диод, тази комутация се нарича резонансна,
защото комутиращият ток има резонансен характер. Предвари-
телното зареждане на комутиращия кондензатор може да се осъ-
ществява или от отделен източник, или от захранващия източник
Ако за комутацията се използува енергията на захранващия из-
точник, то зареждането на комутиращия кондензатор може да
стане с включване на основния тиристор или с отпушване на до-
пълнителен тиристор, автотрансформаторно и т. н.
При последователаа комутация запушващото напрежение се
включва последователно със силовия тиристор. Тя може да бъде
дроселна или трансформатор.ча и с външен комутиращ източник
или да използува енергията на захранващия токоизточник.
157
Таблица 6.1
Основно внимание тук е обърнато на регулаторите с паралел-
на комутация. Не са разгледани реверсивните регулатори, тъй
като при тях комутацията не се отличава от пронесите в обик-
новените схеми. Затова не са разгледани и мостовите варианта
на ПТР.
Постояннотоковите регулатори са намерили широко разпрост-
ранение в практиката за управление на постояннотокови двигате-
ли, за регулиране на постоянно напрежение, в мощните стабили-
затори на напрежение, като прекъсвачи при максималнотоконата
защита и т. в.
158
6.2. ПОСТОЯННОТОКОВИ ТИРИСТОРНИ РЕГУЛАТОРИ
с капацитивна комутация
Принципът на действие и основните съотношения в схемата
на ПТР с капацитивна комутация е разгледан в примера на ос-
новната схема, показана на фиг. 6.3. При това се допуска след-
Фиг. 6.3
ноте: тиристорите са идеални ключовн елементи, процесите в
схемата са се установили, товарът има силно индуктивен харак-
тер и токът през него видимо не спада през време на паузата,
не е от значение зарядната верига на комутиращия кондензатор Ск.
Характерните времедиаграми на токовете и напреженията в
схемата са показали на фиг. 6 4. В момента на основния ти-
ристор 7j се подава У И (фиг. 6.4 а), върху товара се прилага на-
прежението Ео (фиг. 6.4 в) и товарният ток протича през тири-
стора Т\ (фиг. 6.4 д'). Едновременио с това се зарежда комути-
ращият кондензатор Ск с полярност, показана на фиг. 6.3 в ско-
би (зарядната верига е показана условно със стрелка).
В момента t2 се подава У И на комутиращия тиристор 7,. През
Т2 кондензаторът Ск се оказва паралелно включен към 7\ с по-
лярност, обратна за основния тиристор, и той се запушва. Кон-
дензаторът се оказва включен във веригата 4-Z:0, Ск, T2t Z{,—Ео.
В тази верига той се презарежда, в момента ts неговото напре-
жение става равно на Ео и тиристорът Т, се запушва. Презареж-
дането на кондензатора става с постоянен ток през товара. В
интервала t2—/4 товарът се оказва включен последователно със
захранващия източник и кондензатора Ск. Следователно негово-
то напрежение е и0=Е04-£Лк. Това означава, че за определен ин,
159
тервал от време, когато напрежението на Ск е запушващо за 1\,
товарного напрежение ще надвишава Св. Този интервал ta—t3
(фиг. 6.4 г) е и времето за запушване на тиристора 7\, тъй като
напрежението му е отрицателно. След ts кондензаторът се пре-
зарежда и върху 7\ се устаиовява напрежение в права посока,
което в С стара равно на Ео. В интервала tt товарният токе
протичал през Т2, а в момента /4 се отпушва обратният диод До
и токът се ват варя през него. В t5 отново се подава управляващ
импулс на Т\ и процесите започват да се повтарят.
За да се намери средпата стойност на изходното напрежение,
се означават съответните интервали от време: с tu— времето,
когато провежда 7\, с tK—времето, когато провежда комутацион-
ният тиристор, с —времето, когато върху товара не се подава
напрежение. Явно е, че
Е+Е 4Л,= Т, (6 1)
където Т е периодът па повторение на процесите в схемата.
Средната стопност на изходното напрежение (фиг. 6.4 д) се
получава
• Ц.=£в + 2 (^o+t/cco,) jr 4-0 • (6.2)
където С'с(о) е напрежението, до което е бил заредей Ск в мо-
мента на комутация.
Като се има предвид, че кондензаторът Ск се презарежда с
постоянен ток /0, може да се напише
/0/к = [jE‘e-J-(7c(o/ 1 Ск . (6.3)
След обединяване на (6.2) и i6 3) за външната характеристи-
ка на ключа се получава
+ W . (W)
1 /.) Ьо I
От (6.4) се вижда, че външната характеристика U0=f(J0) е па-
даща и при I0-+cxi се стреми към Ео
Както следва от принципа на действие на схемата, интерва-
лът tK е важен, тъй като през част от него става запушпаце на
тиристора Тг. Уравнение (6.3) показва, че между товарния ток,
капацитета на кондензатора Ск, напрежението, до което се е за-
редил Ск, и tK съществува строга взаимна връзка. Тя показва, че
капацигетът на Ск трябва да се избере така, че и при най-голям
товарен ток /0 да се осигурява достатъчнэ време за запушване
(Q на тиристора Тг Това време се определи от равенството
160
I0t3^CUC(o} (6.5)
или
. CUC{oi
3 " 4
След преоЗразуване на (6.2) за регулирэвъчната характеристи-
ка на регулатора се получава
<6-6)
където
г г*_ ,> . г ,» _ ^С(О) . X* ___к .
£0 ’ Т Ёо -f
Ако се предположи, че 6/*(о)=1, тагава
ЦХ + С (6-7)
От (6.7) следва, че средната стойност на изходното напреже-
ние зависи линейно от продължителността на провеждане на ос-
новния тиристор. Естествено е, че при намаляване на Uo* се уве-
личава паузата в работата на тиристора. Тъй като /к* зависи от
товарния ток, то и регулировъчната характеристика зависи от
При {/’ >1 теоретически може да се получи <70*>1, но практи.
чески това не става.
6.2,1. Схемни варнанти на ПТР с капанитивна комутация
На Фиг 6 5 е показана схемата на ПТР с паралелна комута-
пия в конто енергията, необходима за комутация, се консумира
от захоанващия ниточник, а необходимата полярност се получава
благодарение на резонансното презареждане на ковдензатора Ск.
Схемата се състои от основния тиристор 7\, комутиращ тири-
стоп Г, комутиращ кондензатор Ск и веригата LK, - Дъ необхо-
дима за’създаване на условия за съответно зареждане на кондеи-
заторите.
Поинципът на действие на схемата е илюстриран с осцилогра-
мите на основните токове и^напрежения (фиг. 6.6). Нека конден-
заторът Ск е зареден до напрежение <7С(0) с полярност, показана
на Фиг 6.5 При подаване на УИ на Тг той се отпушва и през
товара протича ток, стойиостта на конто се определи от /?, и £т.
Пведполага се, че процесите в схемата са се установили и че то-
варният ток е постоянен, тъй като товарната индуктивност е го-
ляма. С включването на Тг кондензаторът Ск се оказва включен
11 Тиристорна техника
161
в резонансный кръг Ск, Д, LK и той се презарежда в този идеа-
лен кръг до напрежение Uc <о). По такъв начин комутиращият кон-
дензатор е подготвен за комутацията. Следователно, за да е ра-
ботоспособна схемата, необходим е минимален интервал от вре-
ме, през което да провежда
тиристорът Ti с цел да мо-
же да се презареди Ск. То-
ва време съответствува на
половин период от честота-
та на резонансния кръг и оп-
ределя минималното напре-
жение върху товара.
При подаване на у И на
Т2 кондензаторът Сксе оказ-
ва включен паралелно към
Т\ и го запушва. Товарният
Фиг. 6-6
Фиг. 6.5
ток започва да протича по веригата +^0, Сс» и товара. При
тов<1 положение Ск се презарежда с полярност, приета от нас в
началото на процеса. Презареждането става с постоянния това-
рен ток и следователно напрежението върху Ск през време на
комутационния интервал има линеен характер. Това означава,
че капацитетът на Ск се-определя от (6.5), като
Ск = '°'3 . (6.8)
иС(о)
където /3 е схемного време за запушване на тиристора 7\.
След презареждането па Ск до Ео токът през веригата спада
до нула и се отпушва диодът До, през който се затваря товар-
ният ток.
В графиките на основните токове и напрежения в схемата е
отчетено, че презареждането на кондензатора Ск при включването
на 7\ е резонансно и следователно в този интервал от време
всички напрежения и токове върху елементите, които образуват
162
резонансния кръг, имат колебателен характер. В кривата на на-
прежението върху товара има характерните Скокове, за които бе-
ше вече споменато.
На фиг. 6.7 са показани още два варианта на регулатори с ре-
Фиг. 67
зонансно згреждане на комутиращия кондензатор. Характерно за
тях е, че в първия случай (фиг. 6.7 с) Ск се зарежда през дио-
да и индуктивността LK от източника Ео. Следователно пора-
ди резонансния характер на заряда напрежението върху Ск ще
се установи приблизително равно на 2Е0. При включването на
Тк кондензаторът Ск се оказва включен паралелно на Тг през
източника и едновременно паралелно на ZT. Следователно Ск
uie се разрежда от постоянния товареп ток и ще създава отри-
цателно напрежение върху 7'1 до момента, в който неговото на-
прежение стане равно на Ео Във втория случай (фиг. 6.76) за
зареждане на комутиращия кондензатор С,< се използува допъл.
нителен тиристор, така чеСк се зарежда при отпущен Т2. а не как.
то в двата предипши случая при включване на основния тирис-
тор 7\. По този начин Ск е готов веднага да изключи 7\, ако т0_
ва е необходимо, без да се чака оп-
ределено време.
Подобии са пронесите на кому-
тация в схемата, показана на фиг-
6.8. В нея един от тиристорите е за-
менен с диод. При включване на зах-
ранващата мрежа кондензаторът Ск
се зарежда през Дг и ZT до на-
прежение Ео с показапата на фиг.
6.8 полярност. След отпушване на
7'1 в товара се подава мощност. Ко-
гато се подаде управляващ импулс, на тиристора Тк се образува
трептящ кръг Ск, LK, Тк> в който кондензаторът започва да се
презарежда. Този кръг съществува, докато токът му спадне до
нула, коего става след един полупериод на неговата резонансна
163
честота. Напрежението върху Ск е променило посоката си. При
това започва презареждането на Ск по веригата Ео, Ск, LK, Ди
Z-r, Ео. Порадч голямата индуктивносг в товарната верига товар-
ният ток от 7\ се прехвърля на комутиращия кондензатор, което
означава, че на Тк и 7\ се подава обратно запушващо напреже-
ние. В края на комутационния интервал кондензаторът Ск се
оказва зареден до първоначалнага си стойност.
6.3. ПОСТОЯННОГОКОВИ ТИРИСТОРНИ РЕГУЛУТОРИ
С РЕЗОНАНСНА КОМУТАЦИЯ
В зависимост от мястйто на включване на комутиращата ин-
дуктивност тези регулатори се разделят на две групи: с включе-
на във веригата на комутиращия тирисгор иадуктивност и с ин-
дуктивност вкпючена във веригата на осяозния тиристор.
6.3.1. Регулатори с индуктивност, включена във веригата
на комутиращия тиристор
На фиг. 6.9 е показана принципната схема на ПТР с резонанс-
на комутация. Характерно за системата е, че във веригата на ко-
мутиращия тиристор Т2 има включена индуктивност LK, която
заедно с комутиращия кон •
дензатор Ск образува ре-
зонансен кръг. Характер-
ните времедиаграми на
токовете и напреженияга
в схемата са показана на
фиг. 6.10.
Нека кондензатор ьт
Ск е зареден до напре-
жение Uc (О) С полярност,
Фис. 6.9
164
показана на фиг. 6.9 (зарядът е показан условно). В момента
t0 се подава УИ на тиристора Т1 (фиг. 6.10 о)- Той се от-
пушва и върху товара се прилага захранващото напрежение Ео
(фиг. 6.10 в). При подаване на УИ на тиристора Т2 (фиг. 6.106)
в момента 4 в схемата започва комутационният процес. Щом се
включи 7'2, в кръга LkCk се осъществява колебателен процес.
Токът в кръга (фиг. 6.10г) нараства и откачало протича през
Ск, Т2, LK, 7\. В този интервал тиристорът Т± все оше е вклю-
чен, тъй като за него обратният ток на резонансния кръг е по-
малък от тока в права посока /0. В момента /2 резонансният ток
zK и товарният ток /0 се изравняват и по-нататък iK трябва да е
по-голям от /0. Но тъй като тиристорът има еднопосочна прово-
димост, а обратният му ток става по-голям от тока в права по-
сока, той се запушва и токът /к протича през диода Дг, който е
включен антипаралелно на 1\. Резонансният ток нараства и в мо-
мента t3 преминава през максимума си, след което започва да
спада и в момента t4 отново достига стойността на /0. В интер-
вала /2—/4, когато провежда диодът Дъ върху тиристора 7\ се
прилага обратно напрежение (фиг. 6.10г), равно на пада на на-
прежение в права посока върху Дг. Този интервал определи вре-
мето на запушване на схемата t3. През този интервал напреже-
нието върху товара и0 все още е равно на Е„. тъй като съпро-
тивлението на включения диод е минимално. Тога означава,
че и товарният ток се подава през Д±. От разгледаните дотук
процеси се вижда, че в интервала t±—t„ кондензаторът започва
да се презарежда резонансно и в момента t4 върху него има ня-
какво напрежение L'a с обратна полярност иа показания на фиг.
6.9. Нека Ua<E0. Това означава, че щом токът С и 10 са се из-
равнили, ще се запуши Д и кондензаторът С,. ще започне да се
дозарежда от товарния ток /0, докато неговото напрежение ста-
не равно на £с. Този интервал на дозареждане е —t- (фиг.
6.10 г), в който iK—-/0, товарного и анодното напрежение се из-
менят по линеен закон, по какъвто се изменя и напрежението на
Ск, тъй като при приетого в началото предположение за индук-
тивно-активен характер на товара товарният ток /0 не променя
стойността си през кратковременния комутационен интервал. Щом
кондензаторът Ск се дозареди до Ео, диодът До се отпушва и
товарният ток започва да протича през него. Едновременно през
До се затваря и токът на £к — Ск, който има резонансен харак-
тер (фиг. 6.10 г). В момента /6 токът през Т2 спада до нула, ти-
ристорът се самоизключва и схемата е готова за следващия пе-
риод на действие. Върху основния тиристор е приложено захран-
ващото напрежение Ео, а токът на товара се затваря през До,
като изходното напрежение и0 е равно на нула.
Ако в схемата не се отчетат загубите в комутиращия кръг и
ако беше извършен идеален резонансен процес след презарежда-
нето на кондензатора Ск, неговото напрежение би се установило
165
равно на Uc «>)> само че с полярност, обратна на показаната на
фиг. 6.9. В разгледания случай, когато в интервал ti—15 токът
на зареждане се определя о г товарния ток, напрежението, до кое-
то се презарежда Ск, е по-голямо от Uc (о), тъй като протичане-
то на 10 зарежда Ск до някакво напрежение. Процесът, при. кой-
то напрежението върху комутиращия кондензатор или токът през
комутиращата индуктивност в края на комутационния интервал
имат стойности, по-големи от началните, се нарича „ефект на
натрупване на енергията". Този ефект не е много желателен, тъй
като от период към период натрупаиата енергия може да се уве-
личава и да достигне до стойности, опасни за тиристорите, диоди-
те и кондензаторите. Това натрупване е отрицателно свойство
на схемата, защото трябва да се търси специален начин заотвеж-
дане на допълнителната енергия. Затова се използуват специални
устройства.
Характерно за схемата е малкото обратно напрежение върху
основния тиристор през време на запушването му. Това означа-
ва, че времето за възстановяване на управляващите му свойства
се увеличава. Ето защо при пресмятането на схемата е нужно да
се заложи лостатъчно схемно време за запушване (/3).
От принципа на действие на схемата могат да се направят
следните изводи в сравнение със схемите на паралелна капаци-
'тивна комутация:
1. Наличието на диода Д1 премахва скока в изходното напре-
жение и то се приближава до идеалпата правоъгълна форма.
2. Условията за работа на комутиращия тиристор са по добри,
„ « di
тъй като в този случаи-^- на тока през него е по малък — то-
кът нараства по синусоида.
3. Външната характеристика на регулатора е „по-твърда", тъй
като само в интервала t4—товарният ток въздействува пряко
на напоежениего върху Ск, а оттам и на товарного напрежение.
4. Схемата няма големи възможности за претоварване, тъй ка-
то увеличаването на товарния ток води до намаляване на /3.
5. В схемата има „натрупване" на енергия и запушването на
7\ става при малко обратно напрежение.
6.3.2. Регулатори с резонансна комутация и комутираща
индуктивност вьв веригата на основния тиристор
На фиг. 6.11 е показана схемата на регулятор, в който £к е
включена последователно с основния тиристор. По такъв начин
кондензаторът Ск се оказва включен паралелно към 7\ през вре-
ме на комутацията, с което дадената схема прилича на схемата
с паралелиа капацитивна комутация, но по същностга на проце-
сите тя е схема с резонансна комутация.
166
Основните криви на токовете и напреженията в схемата са по
Казани на фиг. 6.12.
Нека разглеждането на пронесите в схемата започне от мо-
мента to, в който на основния тиристор 7\ се подава УИ (фиг
6.12 а), като комутиращият
кондензатор Ск предвари-
телно е бил зареден до
напрежение 6/с(0; с поляр-
ност от фиг. 6.11 (зарядът
е показан условно). Тъй
като във веригата на ос-
Фиг. 6.12
фиг. 6.11
новния тиристор има индуктивиост Тк, напрежението върху това-
ра не се подава веднага, а нараства постепенно и достига до
Д, (фиг. 6.12в). От тази гледна точка силовият тиристор се на-
мира в благоприятен условия, тъй като няма резки изменения на
анодния му ток.
В момента 4 се подава УИ на комутиращия тиристор Т2
(фиг. 6.126). През него комутиращият кондензатор Ск се оказва
включен паралелно на 7\ и го запушва. Образува се резонансен
кръг Ск, Т2, Д1г LK, в който има началпи условия исК(о) = Сгс(О)
и «£к(о)=/0- В кръга започва колебателен процес и резонансно
презареждане на кондензатора Ск, напрежението на който опре-
деля и напрежението върху тиристора 7\ (фиг. 6.12 6) В момен-
та /2 токът на кръга (фиг. 6.12 а) достига своя максимум, което
означава, че напрежението върху Ск става равно на нула. Следо-
вателно интервалът от време, през който нацрежението върху
е отрицателно, е t2—Zg. Този интервал определя t3. След t2
/к спада, UcK променя своя знак и това продължава до /3, когато
става отново изравняване на и /0. В интервала 7Х—/я от
което диодът Д1 е отпущен и през него в товара се подава на-
прежението Ео. В момента /3 диодът Дг се запушва и товарният
ток започва да протича през LK, Ск, Т2, ZT, Св (интервал
167
Тъй като /0 е постоянен, напрежението върху Ск, а следователи©
и върху 7\ е линейно. Това продъжава до момента tx, в който
напрежението върху Ск става равно на Со, след което се отпуш-
ва Д), а токът 1К спада резонансно до нула (интервал /4—/й). Ти-
ристорът 7'2 се самоизключва и след ново зареждане на Ск до
необходимата стойност Сс(0) схемата ще бъде отново готова за
работа.
В тази схема, както и в предишната, напрежението върху ко-
мутиращия кондензатор в края на комутационния период може
да бъде по-голямо от Сс(0> и затова има ефект от натрупване
на енергия, изразен още по-силно, тъй като тук енергията, запа-
сена в резонансния кръг, в момента на включването на Т2 е по-
голяма.
Схемата има следните особености:
1. Външната й характеристика е подобна на характеристиката
на схемата от фиг. 6.8.
2. Тиристорът Т2 се включва с голям и по това тя при-
лича на схемата с паралелна капацитивна комутация.
3. И в тази схема липсват Скокове в изходното напреже-
ние и0
4. Времето ts в тази схема е по-малко при еднакви LK и Ск в
сравнение със схемата от фиг. 6.9, но запушването на основния
тиристор става при относително високи обратил напрежения.
6.3.3. Схемни варианти на ПТР с резонансна комутация
Ясно е, че разгледаните схемни варианти на регулатори с ка-
пацитивна комутация могат да станат с резонансна комутация,
ако по съответен начин се включи £к и се начислят съответшАте
елементи.
На фиг. 6.13 са показани два варианта на регулатори с резо-
нансна комутация и индуктивност във веригата на комутиращия
тиристор.
Индуктивността LK в схемата на фиг. 6.13а служи едновре-
менно за презареждане на Ск до напрежение с необходимата за
комутацията полярност и за създаване на резонансен характер на
комутиращия ток.
Нека комутиращйят кондензатор Ск е заредей до напрежение
t/c(o) с показаната на фиг. 6.12 а полярност. Тиристорът 7\ про-
пуска товорния ток и в необходимия момент се отпушва тирис-
торът Т2. Кондензаторът започва да се разрежда откачало по ве-
ригата Ск, Т2, LK, Tlt докато токът през комутиращия кръг не
нарасне до товарния ток, когато основният тиристор 7\ се запуш-
ва и токът започва да протича през Дт. Диодът Ду е отпущен,
докато резонансният ток надвишава товарния ток /0. В този ин-
168
тервал върху 7\ се създава обратно напрежение и той се запуш-
ва. След спадане на комутационния ток до стойността на товар-
ния ток се запушва и диодът Дг По нататък кондензаторът Ск
се дозарежда през Т2 и LK Pfi Ео с обратна полярност. Когато Ск
се зареди до Ео, отпушва се диодът Д„ през който токът на ко-
мутиращия кръг спада до нула, а кондензаторът Ск се оказва за-
редей до напрежение, по голямо от ЕсД. Следователно в схема-
та има натрупване на енергия, конто може да се губи в комута-
ционните вериги или в специално въведени за тази цел съпро-
тивления.
При отпушване на Тг кондензаторът Ск се презарежда през
LK и Д2 до Uс (о) с полярност, готова за следващата комутация.
В тази схема честотата на презареждане на Ск е еднаква врез
време на комутацията и през подготвителния период. Тя може
да не е една и съща, ако £к се преразпределн във верпгата на
Д2 и Т2
Подобно е действието на схемата, показана нафиг. 6.13б'.
В нея съществува специален тиристор Т3, през който конденза-
торът Ск се зарежда до напрежение, приблизително равно на
2£"0 След отпушването на Тг в товара протича ток. При пода-
ване на У И на Т 2 кондензаторът Ск започва да се разрежда
през LK. Т2, Тг, Ео, а след това през LK, 1\, Дг, Ео. Ако в мо-
мента, когато 1К е спаднал до /0, ССк е по-голямо от Ео, по-ната-
тък Ск се разрежда с постоянния товарен ток. При достигане на
6/Ск=Сосе отпушва Ди и Ск се разрежда до нула през £к, Т2, До.
В следвагция момент се подава У И на Т3 и Ск отново се за-
режда, за да е готов за следващата комутация.
В схемите, показани нафиг. 6.14, комутиращата индуктивност
LK е включена във веригата на основния тиристор.
За зареждане на комутиращия кондензатор Ск и осъществява-
не на комутацията в схемата на фиг. 6.14 о е използуван тирис-
торният мост Т2—Т6- Преди да се подаде УИ на 7\, се отлуш.
ват тиристорите 7\ и Т3 и кондензаторът Ск се зарежда от Ей
169
до напрежение Uc(O) с показаната полярност. След това се включ-
ва 7\ и в товара протича ток. За да се осъществи комутацията,
се отпушват тиристорите Т. иТ5. Тиристорът се запушва
веднага, а кондензаторът Ск започва да се презарежда резонанс-
но’във веригата на включените тиристори, диодът Д и /.« с на-
чален ток, равен на Докато върху Ск се съхранява волярност-
та на напрежението, за тиристора се създават условия за за-
пушване. По-нататък кондензаторът се презарежда отначало ре-
зонансно, а след това с постоянния товарен ток и накрая отново
резонансно през отпущения диод До
По-нататък отново се отпушват Г2 и Т3 и процесите се пов-
тарят.
Основната особеност на схемата, показана на фиг. 6.14 б, е,
че антипаралелно на тиристора 73 е включен тиристорът Ts, а не
диод. Благодарение на Т3 за определен период от време върху 7^
се създава относително високо обратно напрежение, от което ус-
ловията му за запушване стават по-добри.
Кондензаторът С,< след включване на Т.2 отначало се разреж-
да през Т2, LK. 7\. Когато се изравнят комутиращият и резонанс-
ният ток, се запушва, а Ск се презарежда с товарния ток /0.
Тогава върху Т\ е подадено напрежението на Ск , което е обрат-
но за него. При включване на Тя кондензаторът Ск се презареж-
да в кръга Ск , Тг, LK, Т:} и върху него се установява напреже-
ние Uс (о)=£"о с обратна полярност. При включването на 7\ кон-
дензаторът се презарежда и схемата отново е готова за комутация.
6.4. постолннэтокови тиристорни-регулатори
С ПОСЛЕДОВАТЕЛИА КОМУТАЦИЯ
В регулаторите с последователна комутация комутиращото
напрежение се прилага последователно на основния тиристор, л- о-
ментът на запушване на тиристора съвпада с момента на прекра-
170
тяване на действие™ на импулса върху довара. Формата на им-
пулсите на изходното напрежение почти не зависи от параметрите
на комутиращите елементи и затова регулагорите с последова-
телна комутация са най-близки до схемите, изпълнени с напълно
управляема прибори. Характерно за тях е, че процесите в товара
протичат независимо от процесите в комутиращите вериги.
На фиг. 6.15 е показана схемата на регулатор с последовател-
на комутация, а на фиг. 6.16 основните времедиаграми на токове-
те и напреженията. Характерно за схемата е, че последователно
на основния тиристор 7\ е включена комутиращата индуктивност,
върху която се прилага импулсът на запушващото напрежение.
Нека ко щензаторът Ск е зареден с означената на фиг. 6.15
полярност до напрежение Uc (о£>£о (зарядът е показан условно).
Пронесите в схемата са разглеждани от момента, в който се от-
пушва 1\ (фиг. 6.16 а). Наличието на LK в анодната верига за-
държа скокообразното нарастване на тока през Тг (фиг. 6.16 е) и
затова в началния интервал товарният ток протича през Т± и До.
Когато токът през Д(| спадне до нула, тогава върху товара се
подава напрежението (фиг. 6.16 б). Следователно в схемата се
наблюдав.) задържане в подаването на захранващото напрежение
към товара по отношение на момента на подаване на управлява-
щия импулс на основния тиристор.
В момент се подава импулс за управление на комутиращия
тиристор Т2 (фиг. 6.16 б). Напрежението на кондензатора Ск през
включения тиристор Ts се прилага към £к с полярност, обратна
на поляриостта на захранващото напрежение. И тъй като | СДдо) | >
171
> j f0 |, сумарното напрежение върху Тг в този момент става от-
рицателно (фиг. 6.16 г) и 7\ се запушва. Едновременно с това за-
почва колебателен процес в комутиращия LK Ск кръг, който се
извършва при начални условия пСк{о) = 6'с м, и iL {о)=7(1. Отнача-
Фиг. 6.17
ло токът /к расте, достига своя максимум и почва да спада. По
съответен начин се измени напрежението върху Ск. Той се п ре-
зарежда и в момента /2 неговото напрежение става равно н<7 Еи,
. което означава, че z/cj е равно па нула и от този момент нататък
иа1 става положително. В момента t3 напрежението върху Ск дос-
тига своя максимум, а токът през кръга спада до нула, от което
се запушва Т2 и комутиращият кръг се отключва от Tv Следо-
вателно, щом «£к=0, тъй като през ней не протича ток, напреже-
нието Uai става равно на Ео.
В момента се подава управляващ импулс на 7'г и процесше в
схемата се повтарят, като интервалът t3—14 съответствува на вре-
мето на задържане в схемата.
Тъй като презареждането на комутиращия кондензатор зависи
от товарния ток, и в тази схема съществува ефект на „натруп-
ване" на енергия. И тук е необходимо да се създават специални
устройства за ограничаване на нарастването на напрежението и
токовете. Най-често това се постига чрез въвеждане на загуби в
LC кръга.
На фиг. 6.17 са показан» две реалии схеми на ПТР с после-
дователна комутация. Те се различават по това, че в първата
източник на комутационпа енергия е захравващият източник и че-
в нея комутацията се извършва с бобината LK, свързана после,
дователно с Tv В схемата на фиг- 617 б е използуван специа
лен комутационен източник Ек, а комутацията се извършва бла-
годарение на трансформатора, включен в силовата верига.
При включване на захранващото напрежение Ео в схематична
фиг. 6.17 а кондензаторът Ск се зарежда приблизнтелно до 27ф
в трептящия кръг +А0, Ск> Llt — Еи с плюс на горната си
172
плоча. След това се отпушва Ту и в силовата верига започва да
протича ток. При нарастването на тока през Ту до /0 върху Zt
се прилага Ео.
Когато се отпуши T.it кондензаторът Ск започва да се преза-
режда, при което Тх се запушва. Напрежението върху Ск се
определя от двете вериги: Ск , LK, Тг, и Ск , Ту Ду (облкновено
Ll>Lll J. Кондензаторът Ск се презарежда до обратно напреже-
ние и благодарение на диода Д, колебателният процес продължа-
ва в кръга Ск , Д2, LK . Тиристорът 7\ се запушва, кондензаторът
Ск отново се зарежда с полярност, показана на фиг. 6.17 о, като
в края неговото напрежение в зависимост от веригата може да
стане равно на първоначалната стойност или по-голямо. По такъв
начин схемата е готова отново за включване на силовия тиристор.
Работата на схемата от фиг. 6.17 б е аналогична. При отпуш-
ване на Ts кондензаторът Ск се зарежда до напрежение Uc ?о>-
Когато провежда Ту, захранващото напрежение се подава върху
товара. За да се изключи схемата, се подава УИ на Тй. Тогава
напрежението на кондензатора Ск се оказва приложен към вто-
ричната и едновременно към първичната страна на трансформа
тора с обратна за Ту полярност и той се запушва. Кондензаторът
се презарежда през Т2 и индуктивността на разсейване на транс-
форматора. По-нататък пронесите се повтарят-
6.5. ПОСТОЯННОТОКОВИ РЕГУЛАТОРИ С ВРЕМЕ — ИМПУЛСНО
РЕГУЛИРАНЕ
В разгледаните дотук схеми на ПТР е възможно регулиране-
то да се осъществи по методите на ШИР и ВИР, тъй като в
схемите са предвидени епециални комутиращи тиристори, моме.ч-
тът на включването иа които спрямо момента на отпущане на
основните тиристори определя продължителността на подаване
на захранващото напрежение към товара. А като се изиеня чес-
тогата на отпушване на основния тиристор, се регулира и често-
тата на подаване на напрежителннте импулси върху товара. Съ-
ществува трупа ПТР, в които регулирането се изгършва само
чрез ВИР. Това е обусловено от факта, че те се състоят от един
тиристор и допълнителна комутираща верига. При това положе-
ние проводимостта на тиристора се оказва огносително постоян-
на величина, определяйте се основно от параметрите на веригата,
и средната стойност на изходното напрежение зависи само от
честотата на управляващите импулси. Тук са разгледани някои
основни пример! на схеми с един тиристор.
На фиг. 6.18а е показана схемата на регулатор, в който ко-
м утиращата индуктивност £к е свързана последователно с тирис-
тора Т, а комутиращият кондензатор Ск — паралелно на товара.
173
Времедиаграмите на токовете и напреженията в схемата са пока-
зани на фиг. 6.19.
Нека в момента t0~e подаден управляващ импулс на тиристо-
ра (фиг. 6.19 а) и той се еотпушил. Преди да се отпуши, неговото
напрежение е оило равно
на Е{) (фиг. 6.19 в), конден-
заторът Ск е бил разре-
ден до нула (wo=O— фиг.
6.19 г), а във веригата на
товара протича установе-
ния ток70 (предполага се,
че товарът има малък cos
<р), веригата на който се
затваря през обратния
диод До (фиг. 6.19 ff).
Фиг. 6.19
Фиг. 6.18
След отпушването на Т се образува веригата +Е,„ Т,
До, —Ео- Когато токът през тиристора (фиг. 6.19 6) нарасне до
/е (в момента се запушва диодът До и Ск започва да се за-
режда през £к и Т. Нарастващото напрежение върху Ск е обрат-
но за диода До. В интервала t0 — t, токът на диода До все още
не е спаднал до нула, тъй като е. д. н. на L* е по-голямо от
запушващото напрежение, което е разлика между Ев с Ulk- Сле-
дователнэ нарастването на тока в този интервал се ограничава
само ог LK .
След запушването на До започва резонансно зареждане на
кондензатора Ск . В момента С зарядният ток достига до макси-
мална стойност, след което започва да спада, а напрежението па
Ск нараства над Ео- Това се обуславя от енергията, запасена в
индуктивнсстта LK. Явно е, че токът през тиристора Т има две
съставки: товарният ток /0 и зарядният ток на кондензатора 1ск .
Поради това откачало той расте, а после започва да спада.
В момента t3 токът ia достига отново сюйнсстта на /0, напре-
жението върху кондензатора става максимално, след което и то
започва да спада. В момента /4 токът ia спада до нула и върху
тиристора със скок се прилага обратно напсежение, равно на
174
UcK(t^—E0, където f/cK(/4) e напрежението на кондензатора в
момент По този начин се създават условия за запушване на
тиристора Т.
По-нататък Ск се разрежда през товара с относително пос-
тоянен ток /е. Когато напрежението на комутиращия кондензатор
по абсолютна стойност стане равно на Ео, Ua става равно на ну-
ла. Следователно интервалът —t- е схемного време на запуш-
ване. В интервала ZB— te кондензаторът се. разрежда до нула,
след което в te се отпушва обратният диод, през който се затваря
товарният ток.
От момента процесите се повтарят.
Подобно е действието на схемата, показана на фиг. 6.20, в
конто комутиращият кръг LKCK е включен паралелно на Т. Пре-
ди да се подаде управляващ импулс на тиристора Т, конденза-
торът Ск е зареден до Ео, а товарният ток се зитваря през До.
След отпушването на Т анодният му ток се определи от тока на
захранващия източник и тока на разреждане на С„. В интервала,
докато диодът До е все още отпущен, ис остава постоянно. След
като токът на тиристора достигне до стойността f0, диодът се
запушва и кондензаторът Ск започва да се разрежда през LK и
Т. Това увеличава товарного напрежение. Тъй като разреждането.
на Ск има резонансен характер, напрежението върху Ск спада
до нула, става отрицателно, достига максимална стойност и за-
почва отново да спада по абсолютна стойност, което озпачава,
че токът на кондензатора започва да протича в обратна за тирис-
тора посока. Когато този ток нарасне до 70, тиристорът се за-
пушва и върху него се подава напрежението на Ск, което отка-
чало е отрицателно. От момента на подаване на обратно напрежение
върху тиристора товарният ток 10 се прехвърля на комутиращия
кондензатор и топ започва да се презарежда по линеен закон
(/O=const). Това продължава до зареждането му до напрежение
с полярност, показана на фиг. 6.20. От този момент нататък
се отпушва диодът До и веригата на тока /0 се затваря през не-
го. Характерът на напрежението върху товарната верига е същият
както в схемата на фиг. 6.18.
Времедиаграмите на токовете и напреженията за тази схема
са показани на фиг. 6.21.
Характерно за преобразувателите с ВИР е, че те имат големи
пулсации на входния ток и изходното напрежение, което услож-
нява филтриращите групп. С цел да се намалят тези пулсации и
да се получи по-голяма мощност в товара, на основата на пока-
заните варианти могат да се конструират и многофазни схеми.
На фиг. 6.22 е показана двуфазна схема, построена с две схеми
от типа на показаната на фиг. 6.18. Допълнително свързаниге
диоди Дх и Дъ предотвратяват разреждането на кондензаторите
175
Ск през другата фаза, в случай че товарният ток на фазата през
периода станс равен на нула.
Схемата за управление подава пмпулси на тиргсторите с пе-
риод, равен на 1Т’2, което означава. че честотата на работа на
систсмата се удвоява.
Фиг. 6.23
Многофазна |Схема на ПГР, в която може да се осъществн
регулиране по принципите на ВИР и ШИР и е основана на схе-
мата or фиг. 6.13 а. е показана на фиг. 6.23.
Принципы на действие на комутиращия възел е разгледан в
т. 6.2. Допъ жителю свързачите диоди Д> премахват влиянието
на фазите помежду им.
176
Осповните тиристори се отпушват със закъсненне един
от друг. По същия начин се подават и управляващите импулси
•на тиристорите Тк. Трябва да се има предвид, че при регулира-
нето на изходното напрежение управляващите импулси на регу-
лиращите тиристори по отношение на тези на оснсвните тиристо-
ри трябва да се изменят строго синхронно.
6.6 ПРОЕКТИРАНЕ НА ПССТОЯННОТОКОВИ РЕГУЛАТОРИ
Особености на проектирането на ПТР са изяснени с прамери
с капацитивна комутация.
На фиг. 6.24 е показана схемата ПГР, в коятоТтиристорът Тэ
съответно напрежение с покавана-
до
служи за зареждане на Ск
та полярност. Тиристо-
рът Т2 е комутиращ. Дей-
ствие™ на схемата е по-
добно на действие.™ на
схемата от фиг. 6.7 а с
тази разлик а, че тук кон-
дензаторът Ск се зареж-
да предварително и може
да изключи 7\ още в
Фиг. 6.25
фиг. 6.24
самото начало след неговото отпушване.
»я- На фиг. 6.25 са показани основните времедиаграми на токо-
вете и напреженията в схемата. Зарядният ток is на Ск има ре-
зонансен характер (фиг. 6.25 г), а токът на комутация (фиг.
6.25 д') през време на интервала tK е с правоъгълна форма.
Изходните данни при проектирането са:
а. Границите на изменение иа захранващото напрежение До max —
До mln-
б. Границите на изменение на напрежението върху товара
Со max ^0 mln-
fi. Максималният товарен ток /о max-
/ лТГчна X
12 Тиристорна техника I ЬИвД»’ОТЕКА) 111
У Тенор
особености на дадените образци. По тази причина между отдел-
яйте образци от даден клас съществува голямо разсейване и ВАХ
могат да се изменят в широки граници. Затова е прието да се
говори за пускова характеристика на тиристорите от даден клас,
, конто включва в себе си входните характеристики на всички ти_
ристори от класа за различии температуря. Пусковите характе
ристики се строят по обобщените резултати от измерванията на
входните характеристики на голям брой тиристори и по тях се
определят параметрите на УИ.
Типична пускова характеристика
на тиристори е показана иа
фиг. 9.2. Тя представля-
ва облает, ограничена от
граничните ВАХ на УЕ
(кривите ОА и ОБ). Освен
това тя е ограничена от
максимално допустимите
ток (/у щах), напрежение
(t/ymax) И МОЩНОСТ На уП-
равление (Рутах)- Кривата
О А е измерена за тирис-
тор с най-голямо входно
съпротивление при най-
висока температура на пре-
хода, а кривата ОБ е снега
за тиристор с иаи-малко
на прехода.
и най-ниска температура
съпротивление на прехода
Затъмнената облает на ха-
рактеристиката се дава з i различии температуря и показва, че в
нея се намнрат координатите на параметрите на УИ за всички
тиристори. Точката 77Уо, 1Уо характеризира параметрите на УИ,
278
които са достатъчни за включването на всички тиристори от да-
ден клас. Товарните характеристики на схемата за управление са
ограничени от тази точка и от кривите на допустима мощност
иа УИ.
На практика за управление на тиристорите се използуват им-
пулси с различна форма (правоъгълни, с форма иа ексаонента,
със сложна форма и т. и.). С това се намаляват размерите на
СУ и мощността, конто се отдели в УЕ. При избора на продъл-
жителносгта на У И е необходимо да се ориентираме към въз-
можно най-кратки и мощни импулси с голяма стръмност на пред-
ния фронт. В резултат на това намалява времето на включване
на тиристора и комутационните загуби в неговата структура. За
тази пел в пусковата характеристика са зададени няколко до-
пустими мощности на импулса на управление, които характеризи-
рат продължителността му Колкого е покъс импулсът, толкова
по-мощен може да бъде той.
Нека са избрани параметрите на УИ Иу и / като са съоб-
разени със схемата, в която са свързани тиристорите, и характе-
ра на товара. Основно изискване към СУ е да осигури тези уп-
равляващи импулси.
9.2 СЪГЛАСУВАНЕ НА ИЗХОДНИТЕ СТЪПАЛА НА СИСТЕМНЕЕ
ЗА УПРАВЛЕНИЕ С ВХОДА НА ТИРИСТОРИТЕ
Нека крайното стъпало на СУ генерира импулс иа напреже-
ние със стойност Еу и има вътрешно съпротивление R На фиг.
9.3 а е показано свързването на това напрежение към прехода
УЕ — К на тиристора, който се управлява. На фиг. 9.3 б е по*
казана еквивалентната заместваща схема, вкоято съпротивление-
то Р =—Явно е, че между параметрите на схемата трябва
у
да има следната зависимост:
Ey—Uy-{-IyRy- (9.1)
На фиг. 9.4 е построена товарната права на изходното стъ-
пало. В режим на късо сьединение, когато t7v=0, се получава
F
, а в режим на празен ход Uy==Ey. Естествено е, че
построена по този начин, товарната права ще премине през точ-
ката Uy0, Iyl), която оснгурява отпушването на всеки тиристор,
който трябва да се управлява. От фиг. 9.4 могат да се направят
някои препоръки по избора на Е и Ry. Върху/вътрешното съпро-
тивление на стъпачото се отдели разликата между напреженията
Еу и 77 Кожото тази разлика е по-голяма, толкова по-голяма
279
периода (1 —у) е времето
комутация на ключа трябва
Т' —
7к — 1-7 '
за зареждане (3. Тогава периодът на
да е^по-малък от
Яь
(6.19)
Напрежението, което се прилага към товара по време на раз-
ряда, е
сок= -(1+2У2£;т1пСк . (6-20)
к 2о шах
Следователно
ип=Е(> r+fToK.
Оттук уточнената стойност на у е
. (6.21)
A) min
Тогава периодът на честотата на комутация на ключа е ра-
вен на
Тк + А + А , (6.22)
където tK е времето на провеждане на тиристора 7\.
От (6.22) може да се определи честотата на комутацията на
ключа
Л = (6.23)
От (6.22) и (6.23) се вижда, че високата честота води до на-
маляване на обхвата на регулиране, тъй като Тк може да се на-
мали само за сметка на .
7. Избор на обратная диод. От схемата се вижда, че дио-
дът трябва да издържа обратно напрежение, равно на напреже-
нието, до което се е заредил кондензаторът Ск:
иДо=(1+1г3) Fornax. (6.24)
Средният ток през До се определи от стойността на 10, който
преминава през него по време на паузата, и от времето за зареж-
дане на Ск. За да се избере класът на диода До по ток, необ-
ходимо е да се сравнят двете стойности:
^аД„ = Аз гпах пип'^з) . Т л к (6.25)
A) min (Ат max“Ws) т ’ (6.26)
180
където t„ ,„in e минималната пауза в изхода, съответствуваща н а
максималния ток през товара, a /Пшах — максималната пауза, съот-
ветствуваща на минималния ток през товара. Явно е, че Znmin се
определи от
п min
— Т К. tn tg,
(6.27)
където Тк е уточнената стойност на периода на работа на ре-
гулатора. Максимална пауза в напрежението се получава, когато
в изхода трябва да има t/omin при /готах:
-о max
(6.28)
или
и . T _______________________и Т
, ! о mm к ок к
1ц max — 7 к ig р
со max
(6.29)
С това са определена всички елементи на регулятора. Разбира
се, при окончателния избор на елементите трябва да се има пред-
вид следното:
^1. При проектирането бе прието, че товарният ток /0 е постоя-
нен без пулсации.
2. Предполага се, че тиристорите и диодът в схемата са иде-
ални ключови елементи, а комутиращият кондензантор няма
утечка.
* . На фиг. 6.26 е показана принципната схема на регулатор с
автотрансформаторно зареждане на комутиращия кондензатор.
Схемата работи по следния начин. Когато провежда основният
тиристор Тг, протича ток през
Тр. При това в се създа-
ва пад, който индуцира на-
прежение в w2. То зарежда
кондензатора Ск с необходи-
мата за комутацията поляр-
ност през диода Д. Тири-
сторът Тг се запушва при
подаване на УИ на Тк . Кон-
дензаторът Ск се презареж-
да, но в началото на работа-
та па Т1 той отново се за-
режда до необходимото за
намотката на трансформатора
комутацията напрежение.
Важно предимство на тази схема
при пускане. Освен това напрежението
е сигурната й комутация
на Ск зависи от големи-
ната на товарния ток, което е гаранция за нормалното функцио-
ниране на схемата при работа със силно изменящи се товари. По
По min
tn max । j f
'P r C/qk
1 К
181
тази причина тя е намерила широко приложение за регулиране
на оборотите на постояннотокови двигатели.
Нека са зададени захранващото напрежение Еа и най-големият
възможен товарен ток 70 тах . Редът за избора на елементите в
схемата е следният.
1. Избор на силовая тиристор Тг. Извършва се по макси-
малния възможен товарен ток и максималните прави и обратни
напрежения:
I О max >
Ообр, ^С(О) •
Напрежението Uc(o> зависи от коефициента на трансформация
на Тр (/<’Тр= )• Обикновено се приема Ес(0)=Ео.
2. Избор на комутиращия кондензатор. След определянето
на типа на основния тиристор Т\ по ток и напрежение и по прие-
тата стойност на Uc (о> се определи капацитетът на кондензатора
__ ^0 max *3
Ск •
където ts е времето на запушване на Тг.
3. Определяне на минималната и максималната стойност
на изходното напрежение Uotain и Потах- Максималната широ-
чина на импулсите върху товара трябва да бъде по-голяма от
времето за зареждане на кондензатора Ск. Това време се опре-
дели от индуктивността Ьг на намотката w2 и капацитега на Ск.
Ако се предположи, че до насшцането на Тр индуктивността е
Ь2, препоръчителната минималка продължителност на импулси-
те е
/и =2л 7 Ь2СК.
Ако се приеме, че максималната стойност на изходното напре-
жение е 80 % от Ео, максималната честота на повторение на
импулсите е
с 0,8
' 2п^ТГС~’
На практика тази честота лежи в границите 100—400 Hz. При
управление на електродвигатели много ниската честота води до
неравномерност при въртенето, а при висока честота двигателях
се нагрява силно.
4. Определяне на стойността на индуктивността Ь2 на на-
182
мотката w2. След като сме приели максималната честота f на
повторение на товарниге импулси (това е и честотата на работа
иа тиристорния регулатор), за индуктивността на w2 се получава:
16.Ю“з
5. Определяне на стойността на индуктивността Lx на на-
мотката Практически е установено, че примерен коефициент
на трансформация KTP—w2:wl—7:l осигурява достатъчно време
за комутация и през първия полупериод на работа на преобразу-
вателя, когато то е най-малко. Следователно, като се знае, че
индуктивностите зависят от квадрата на броя на съответните на-
вивки, за се получава
1- 49
където 7г е индуктивността до насищане на сърцевината на транс-
форматора.
6. Избор на магнитопровод за комутиращия трансформа-
тор. Трансформаторът, през намотките на който се формира ко-
мутиращото напрежение, не трябва да бъде наситен, докато се
зареди кондензаторът Ск. Неговата максимална индукция Вт и
сечение S трябва да удовлетворяват следното условие:
BinS>
15£0Vck£2 IO-*
където L2 се измерва в рН, а Ск — в pF.
7. Избор на обратная диод Ди. Обратният диод провежда
•относително най-продължително време, когато товарният ток е
най-малък, защото тогава е най-малък коефициентът на запълва-
не на товарните импулси. Обратно, при най-голям товарен ток
той провежда относително най-кратко време. Следователно сред-
ният ток през До може да се определи по конкретни данни от
пресмятанего. Препоръчва се при управление на електродвигатели
класът на диода До по ток да се определи от израза
7д, = 0,25 /о т»х •
Правого и обратного напрежение на диода До трябва да са
О/тах^£о ^0 шах 1/ f- • V.
8. Средният ток през тиристора Т2 може да ее определи
от уравнението
183
IaT = f(CK E0+2I0max V LtCK). IO-6, A.
9. Средната стойност на тока през Дл е равна на 1аТг, а
максималното обратно напрежение се определя по
Аобр шах'— ... ^Лпах*
10. Проверка на динамичните параметри на тиристорите
Л и Г2:
а) величина
du
di
du
10 max „ т .
—г-------за
^шах ____<т-|
== —за Т2;
• - к
б ) величина ,, •
7 dt
di
~dt
Е ™
~тг-за т^-
184
ГЛАВА 7
АВТОНОМИИ ИНВЕРТОРИ
Фиг. 7.1
В много случаи е необходимо получаването на електрическа=
енергия с честота, отлнчаваща се от честотата на мрежата. Освен
това в редица устройства става преобразуване иа енергията на
постояннотоковите източници в променливотокова. Обикновено-
тези преобразувания на
енергията се осъщест-
вяват или по косвен
път, когато променли-
вотоковата енергия се
изправя и след това се
инвертора с необходи-
мата честота, или чрез
непэсредствено преоб-
разуване. Инвертиране-
то на постояннотокова-
та енергия се осъществява с автономии инвертори (АИ). Вто-
рият тип схеми се наричат преобразуватели с непосредствена
връзка. В тази глава са разгледани основните схеми на АИ [2,.
3‘ 8, 15,20, 21, 23, 26, 28, 30, 36, 46, 52, 55, 59, 61, 65].
На фиг. 7.1 е показана блокова схема на АИ- Тя се състои
от постояннотоков източник (ПТИ), инверторен блок (ИБ), в
който става преобразуването на постоянния ток в променлив, фил-
тър Ф), схема за управление (СУ) на инвертора и допълнителни
устройства (ДУ), като защита, сигнализация, измервателни уреди-
и т. н.
7 1. ОСОБЕНОСТИ НА АВТОНОМНИТЕ ИНВЕРТОРИ
АИ са пай големият и разнообразен клас тиристорни схеми
Те намират широко приложение—когато единствен източник е
акумулатор; за аварийно захранване; в електрическия транспорт
за преобразуване на постояннотоковата енергия на контактната
мрежа в променливотокова; в електрозадвижването за регулира-
не на скоростта на двигателите; в трансформаторите на постоя-
нен ток; в устройствата за предаване на постояннотоковата енер-
гия на далечни разстояния; в много технологични устройства,
където са необходими честоти, различии от 50 Hz.
Съществуващото голямо разнообразие от схеми на ATI не
185>
позволява те да бъдат разгледани подробно. Затова тук е отде.
лено място само за основните тнпове АИ.
Схемите на тиристорните АИ обикновено се класифицират по
следните признаци:
а) по характера на електромагнитните процеси — инвертори на
ток, инвертори на напрежение и резонансни инвертори;
б) по характера на комутацията — паралелни и последова-
тели и ;
в) по вида на основната схема — със средна точка на инвер-
згорния трансформатор, мостови и т. н.;
г) по вида на комутиращата верига — с едностепенна и дву-
'степенна комутация;
д) по броя на фазите — еднофазни, трифазни и т. н.
Освен това могат да се срещнат и други класификационни
шризнаци, конто определят едно или друго свойство на схемата,
като АИ с комутация на висши хармоници, АИ с отсичащи или
обратни диоди, АИ с индивидуална комутация или с комутация
по фази, резонап’ни инвертори, удвоители на честота, АИ със
самовъзбуждане и с външно възбуждане, АИ със самокомутация
и взаимокомутация и т. н. Всяко едно от тези свойства може в
една или друга степей да се осъществи с посочените типови
* схеми.
Инверторите на ток се захранват от източник на ток, който се
получава чрез включване на дросел с голяма индуктивност в зах-
ранващата верига. Общият изходен ток, който е равен на сума-
та от товарния и комутационния ток, има правоъгълна форма, а
формата на напрежението зависи от характера и параметрите на
товара и е обикновено близка до синусоидна.
При инверторите на напрежение е необходимо източникът на
захранване да има малко вътрешио съпротивление, което на прак-
тика се постига с включването на кондензатор с голям капаци-
тет паралел ю към източника на захранване- Изходното напреже-
•нне има правоъгълна форма, а формата на тока се определи от
характера на товара.
Характерно за двата вида инвертори е това, че първият не
може да работи в режими, близки до празен ход и късо съеди-
нение, а вторият може да работи в режими, близки до празен
ход, но е нестабилен при кьео съединение, тъй като намалява
времето за възстановяване на управляващите свойства на тирис-
торите.
При паралелните инвертори комутиращият кондензатор е вклю-
чен през по-голяма част от периода паралелно към товара, така
че напрежението върху товара е еднакво с напрежението на кон-
дензатора. Ако товарът има индуктивен характер, за компенса-
ция може да се използува самият комутиращ кондензатор или
да се включат специални обратни диоди.
В последователиите инвертори обикновено комутиращият кон-
186
дензатор, дроселът и товарьт по променлив ток са последова-
телно свързани със силовите тиристори. Кръгът, който се полу-
чава при това, работи в режим на трептения.
Често пъти паралелно на товара в последователните инверто-
ри се включват кондензатори, така че инверторът не е нито чи-
сто наралелен. нито чисто последователен. Тези схеми се наричат
последователно-паралелни инвертори.
В инверторите могат да се използуват различии комутацион-
ни вериги, конто бяха разгледани в гл. 6. Ако токът през сило-
вия тиристор се прекъсва чрез непосредствено прилагане към не-
го на отрицателно напрежение за определен интервал от време,
такъв вид комутация се нарйча еДностепенна. Ако токът от ос-
мовния тиристор се прекъсва, като предварително се прехвърли
на допълнителен тиристор, комутацията се нарйча двустепенна.
Моментът на включване на следващия тиристор може да се из-
мени в сравнение с момента на изключване на предишния, благо-
дарение на което в тези инвертори е възможно широчинно-им-
лулсно или време-импулсно регулиране.
7 2. ИНВЕРТОРИ НА ТОК
Инверторите на ток са най добре изучени. При тях комута-
цията на тока се извършва при отпушване на съответния тири-
стор под въздействието на предварително зареден кондензатор.
Затова този тип инвертори се наричат инвертори с взаимокому-
тацня, а мпнималният брой тиристори в тях е равен на два.
7.2.1. Еднофазни инвертори на ток
На фиг. 7.2 са показани две схеми на еднофазни инвертори
на ток (ИТ). По външна конфигурация те приличат на съответ-
ните токоизправители —• със средна точка и мостов. Разликата
се състои в това, че постояннотоковото захранване на инверто-
рите е на мястото на товара в токоизправителите, а товарът е на
мястото на мрежовото захранване на ТИ. Характерно за тези
инвертори е включването във веригата на захранване на дросел
с голяма индуктивност £д, с което се осъществява източник на
ток.
Разгледан е принципът на действие на инвертора със средна
точка на трансформатора (фиг. 7.2 а) при работа с активен товар.
Предполага се, че индуктивността на входния дросел £д е без-
крайно голяма и че в елементите на инвертора няма загуби на
енергия.
Кривите на напреженията и токовете в разглеждания инвер-
тор, построени във функция на фазовия ъгъл 0,=а>у t и времето
t, са дадени на фиг. 7.3 (<ву =2к/у — честота на УИ).
187
На първите две графики са показани управляващиге импулси
иа тиристорите Ту и 7\. Вижда се, че те се подават през полу-
период.
На третата и четвъртата графика са показани токовете през ти-
ристорите Ту и Т2. Те имат една и съща форма, но протичат
през различии полупериоди. Чисто правоъгълната форма на то-
ковете съответствува на идеално изгладен входен ток на инвер-
тора и идеални ключови свойства на тиристорите.
На петата графика е показан токът грез кондензатора, конто
за един полупериод има експоненциална форма.
На фиг. 7.3 е и ж са показани съответно напрежението вър-
ху товарното съпротивление и върху тиристора Ту.
Разглеждането на процесите в инвертора започва с интервала
от време 0—ty, когато е отпушен тиристорът Ту, а Т2 е запу-
шен. В този времеви интервал комутиращият кондензатор Ск се
зарежда от захранващия източник Ео по веригата -pfo, LK, wit
Ск, —Ео.
В момента когато тиристорът Ту е все още отпушен, на
управляващия електрод на Т2 се подава УИ и тиристорът се
отпушва. Както беше изясвено, в първия момент, след като се
188
прекъсне токът през тиристора при неговото запушване, в бази-
те на тиристора има неосновни токоносители. По тази причина
в първия момент след включването на Т2 тиристорът 7\ провеж-
да в обратна посока, тъй като към него е приложено обратного
напрежение на комутиращия кондензатор Ск. Това продължава,
докати не се разсеят неосновните токоносители в базите на Тг
През този интервал от време кондензаторът Ск се оказва свър-
зан накъсо от двата проводящи тиристора 7\ и Т2 и се разреж-
,да. Но тъй като в разряднага верига няма допълнителни съпро-
тивления, този разряден ток мигновено нараства, вследствие на
което тиристорът Т1 се запушва мигновено, а токът през Т2 до-
стига до стойността на /0. Прехвърляпето на тока от Т1 на ти-
ристора се нарича комутация.
Зарядът на кондензатора Ск в продължение на кратковре-
менния комутационен интервал не успява забележимэ да се из-
мени и затова полярността иа напрежението върху него се за-
пазва. Това означава, че анодното напрежение на Т\—и,а1 става
отрицателно, тъй като през включения тиристор Т2 върху него
се подава напрежението на кондензатора Ск, което е обратно за
7\. Сега обаче т. б е включена към минуса на захранващия из-
точник и върху w2 се прилага напрежението, което се индуцира
и в със знак, показан на фиг. 7 2 а. Следователно полярност-
та на напрежението върху първичната страна на трансформатора
•е обратна на полярността на напрежението върху Ск. По тази
причина Ск започва да се презарежда и след някакъв интервал
от време /2) полярността на напрежението му се изменя, при
«което анодното напрежение на 7\ става положително.
По такъв начин след прекратяването на токовете през тирис-
тора 7\ неговото анодно напрежение На съхранява отрицателна
стойност само продължение на интервала от време tv Фа-
зовият ъгъл, който съответствува на този интервал, се нарича
ъгъл на запушване и обикновено се означава с 8. ИнвертОрът
може да работи само в случая, когато се изпълнява неравен-
ството
(7.1)
жъдето t3 е времето за запушване на тиристора.
Ако това неравенство не се изпълни, в момента t3 тиристорът
7\ ще се отпуши отново, което би довело до късо съединение
в захранващия източник. Такъв авариен процес се нарича преоб-
ръщане на инвертора.
При изпълнение на неравенство (7.1) Т\ ще се отпуши отно-
во в момента t3, когато на него се подава УИ. Полярността на
напрежението върху Ск вече има посоката, необходима за запуш-
ването та Т2. Точката а се оказва включена към минуса на зах-
ранващия източник, а в т. б се установява съответен положите-
189
лен потенциал. Кондензаторът Ск ее презарежда и напрежението»
върху него и товара се оказва променливо.
В АИ на ток формата на изходното напрежение зави и от
параметрите на товара и в общия случай тя не е синусоидна.
В зависимост от големината на товарного съпротивление из-
ходнэто напрежение може да има почти правоъгълна или три-
ъгълна форма. При голям товар, както се вижда от фиг. 7.3 ж,.
се намалява времето за запушване, което може да доводе до-
преобръщане на инвертора. При малък товар 5 се увеличава, но
едновременно се увеличава и максималното напрежение, което
трябва да издържа тиристорът. То може да превиши няколко
пъти напрежението на източника на захранване.
Паралелният инвертор може да работи само в определен об-
хват на изменение на товара. Освен това той е чувствителен към
нзмененията на коефициента на мощност на товара. Ако във ве-
ригата на товара се включи индуктивност без едновременното
увеличаване на капацитета на комутиращия кондензатор, може
да се получи преобръщане на инвертора, тъй като индуктивност-
та компенсира реактивния ток на комутиращия кондензатор и по
такъв начин намалява ъгълът на изключване 8- По тази причина
инверторът се изчислява така, че в най-тежкия случай на рабо-
'та от гледна точка на costp на товара да работи стабилно. Това
означава, че при малки cos<p ще се изискват големи компенсира-
щи капацитети, тъй като е необходимо отначало да се компенси-
ра индуктивният характер, а след това да се осигури необходи-
мият ъгъл за изключване 8.
С увеличаване на честотата на превключване на тиристорите
намалява времето, в продължение на което се зарежда конденза-
ч. торът Ск . Това намалява амплитуд-
г ната и ефективната стойност на из-
ходното напрежение.
t* /и* На фиг. 7.2 б е показана схема-
та на еднофазен мостов инвертор
/ на ток. Принципът му на действие не
/ / се отличава от този на разгледания
/ инвертор. Характерного за него е, че
1 във всеки момент едновременно про-
/ веждат два тиристора от противопо-
---------—------------ ложии рамена. Когато са включени
,rtck 7\ и Г2, върху товара се подава
Фиг. 7.4 напрежение, от което се зарежда
кондензаторът Ск с показаната по-
лярност. При отпушването на 73 и 7\ напрежението на Ск
се прилага към Т\ и Т2, което позволява те да се запушат.
Постепенно Ск се презарежда и върху 7\ и Т2 се установява
напрежение в права посока. В необходимня момент отново се
190
включват 7\ и Т2 и процесите се повтарят. Фактически в схе-
мата кондензаторът Ск заедно с товара 7?т се оказват вклю-
чени за определен интервал от време през ключовете 7\, Т2 и
Ts, Т4 към източник на ток, който се получава на входа на ин-
вертора. При това този ток протича през единия полупериод в,
еднз посока, а през другая — в обратна. Следователно върху то-,
вара се формира променливо напрежение, което има вида ог
фиг. 7.3 е.
За изясняване на зависимостта на напрежението върху товара
от товарная ток служи външната характеристика. В паралелнид
инвертор тази характеристика се дава със зависимостта
_^_=F(/7?TCK).
Характерът на тази зависимост и на времето на запушване
са показами на фиг. 7.4. Техният характер обяснява
особеностите на работа на инвертора при изменение на товарно-
то съпротивление.
7.2.2. Трифазни инвертори на ток
Най-широко разпространение са получили различните модифи-
кации на трифазните мостови инвертори и трифазните инвертори,.
съставени от три еднофазни моста. На фиг. 7.5 е показана схе-.
Фиг. 7.5
мага на трифазен мостов инвертор на ток. Както се вижда, тя е.
идентична със схемата на съответния токоизправител от фиг. 4.14
191
с тази разлика, както и в еднофазния вариант, че местата на за-
хранвзнето и товара са разменени. Във веригата на постоянная
ток е включен дросел £д с голяма индуктивност, а за комута-
ция се използуват комутиращите кондензатори СдВ, Свс и Сдс.
Фиг. 7.6
В случая тези кондензатори са свързани в триъгьлник, но е въз-
можно да бъдат свързани и в звезда. По същия начин може да
бъде свързан и трифазният товар. На фиг. 7.5 товарът е пред-
ставен чрез фазовите комплексни съпротивления ZA, ZB и Zc
Вижда се, че паралелно на товара на всяка фаза е включен кон-
дензатор.
На фиг. 7.6 са показана основните диаграми на токовете и
напреженията в схемата. На първите шест диаграми са дадени
У И, конто трябва да изработва схемата за управление. Вижда
се, че както и в мостовия трифазен ТИ одновременно се подават
по два У И на тиристор от анодната и катодната трупа. Тези
импулси се подават през 60°, а всеки тиристор провежда 120°
На фиг. 7.6 б и в са показани съответно линейните напреже-
ния АВ и ВС. За да се обясни принципът на формиране на ли-
192
мейните напрежения, ще се разгледа напрежението върху кому-
тиращия кондензатор Сав в различните интервали от периода,
което всъщност е линейното напрежение иАВ. В първия момент
У И се подават на тиристорите Ту и Т6. Кондензаторът е заре-
ден до напрежение Uc с полярност, показана на фиг. 7.4 в ско-
би. Под влияние на тока на инвертора кондензаторът се преза-
режда до съответно напрежение, което зависи, както и в едно-
фазния инвертор, от параметрите на товара, капацитета на кому-
тиращия кондензатор и честотата на превключване. В момента ty
се подават УИ на и в интервала ty—t2 провеждат Ту и Г3, а
Т3 се запушва. При това положение се вижда, че кондензаторът
•Сав се включва последователно с Свс и продължава да се доза-
режда от /0, разбира се, с друга времеконстанта т. В момента
t2 се подава УИ на 7'3. Тогава Сдв се оказва включен паралелно
на Ту, при това с полярност на напрежението, която е запушва-
ща за Ту.Ту се запушва и провеждат Т3 и Т2. Кондензаторът
Сав се оказва включен последователно с кондензатора С ас и
под влияние на входния ток започва да се презарежда. В момен-
та /3 се включват Ту, Тг се запушва и продължават да провеж-
дат тиристорите Т3 и Ту. Кондензаторът Сав се оказва включен
през тези тиристори към входния ток както в началото на раз-
глеждания процес, само че в обратна посока и той се презареж-
да, така че полярността на неговото напрежение има посока, по-
казана в скоби на фиг. 7.5.
По-нататък се включва Г5 и в интервала t4—t6 САв се доза-
режда, а после в t5—t6, когато провеждат 7^ и Т6, той отново
започва да се разрежда и се достига до момента te, в който про-
цесите в инвертора започват да се повтарят.
На фиг. 7.6 в е показано напрежението ивс, което е построе-
но по подобен начин. Вижда се, че то има фаза 120° по отно-
шение на Пав- Не би било трудно да се начертае и формата на
напрежението иАс.
На фиг. 7.6 г е показана формата на тока през фаза А. Фор-
мата на тока в другите фази на инвертора ще бъде подобна, но
изместена по време. Вижда се, че токът се състои от право-
2тс ти
ъгълници с продължителност —g— и пауза между тях -у- В
сравнение с еднофазния инвертор напрежението върху товара в
трифазния инвертор е по-близко до синусоида, а в тока се поя-
вява пауза, която липсва в еднофазния инвертор, където чрез
тиристорите се превключва входният ток в една или друга по-
сока към товара в момента 0=тс. Независимо от това фактът, че
фазовите токове са правоъгълни, позволява да се използува об-
ща методика за проектиране на двата вида инвертори.
13 Тиристорна техника
193
7.2.3. Проектиране на инвертори на ток
На фиг. 7.7 а е показана еквивалентната схема на заместване
на инвертора на ток при условие, че входиият ток /0 е идеално
изгладен и тиристорите са идеални ключове. Тогава през пара-
лелиото съединение на товара и комутиращия кондензатор се по-
фиг. 7.7
дават правоъгълни токови импулси с променяща се полярност.
Възможно е инверторите да се анализират по тази еквивалентна
заместваща схема, но това се оказва сложно за товар с индук-
тивен характер. По-лесно е използуването на метода на основния
хармоник, при който токът 1И се разлага в ред на Фурие и се
работи с първия хармоник. Такова приближение за практиката е
напълно допустимо. На фиг. 7.7 б е показана еквивалентната схе-
ма на заместване на инвертора по първи хармоник на входния
ток.
Изчисляването на елементите е извършено за примера на ед-
нофазния инвертор. Отбелязана е разликата в изразите с трифаз-
ния инвертор. Амплитудата на първия хармоник на тока е

(7.2)
, да.
където k-t =
££•1
а— 1
е коефициентът на трансформация на анодния
трансформатор;
, №
за еднофазния инвертор, и а— за три-
фазния.
194
Съответно ефективната стойност на тока е
г А1) т 2^
'»—Ж“=о~

(7.3)
На фиг. 7.7 в е показана векторната диаграма за еквивалент-
ната схема от фиг. 7.7 б. В нея е отразено, че товарът има ин-
дуктивен характер, което се вижда от фазовата разлика между
товарного напрежение и товарния ток /т(1), конто е равна
на <р. Комутиращият кондензатор Ск компенсира индуктивния
характер на товара и осигурява ъгъла на запушване 8. Ск тряб-
ва да има такъв капацитет, че да се осигури достатъчен ъгъл
8. От фиг. 7.7 в се вижда, че
. 1-—Illi-sin <р
7С(1) ~~4(l)sin>P _ rc
ё 4i)C0S(₽ 41)
' ' —2zll_cOS <p
7C(I)
Нека се въведе сзначението
7-r(I) _ 4____ __&r ____r>
4(1) 4 *
(7.4)
(7-5)
в което коефициентът В се нарича „степей на товара на инвер-
тора" и физически представлява отношение на проводимостта на
товара към проводимостта на комутиращия кондензатор. Zy е
пълният товар {Zi + (<о 4 )2 )• При това положение за ъгъ-
ла на запушване се получава
S^arctg -Вси t. (7.6)
Ясно е, че при зададени 8 и costp на товара може да се на-
меря стойност на В, конто да осигури нормална работа на инвер-
тора.
Мощността, конто се консумира от захранващия източник на
инвертора, е
Ро—Тхо 4 (7.7)
Съответно мощността, която се отдава в активного съпрогив-
ление на говара /?т, е
Рт = 77т(1) 7т0) cos<p=l/T()) /(]) cos8. (7.8)
Ако се предположи, че в инвертора няма загуби, консумира-
нага и отдавана мощност в товара ще бъдат еднакви:
Pt ^P^ak-t ^t(I) 7о cos 8=4 1О . (7.9)
195
От (7.9) се намира
U __ ~ р 1 1 _ анЕо 1
Т( 1 2^2 ° cos S akT cos 8 feT
(7.10)
където a,; =
2VZ2
— за еднофазния инвертор и а„ =
за

трифазния мостов инвертор.
След заместване на cos о от (7.6) и съответно преобразуване
на (7.10) се получава
^rtD // 1—В sin <р у .
аи ЕО У\ В cos <р ) "г
(7-11)
Този израз е външната характеристика на инвертора. След
съответно преобразуване на (7.9), като се раздели лявата и дяс-
ната му част на и се замести с въведените коефициенти, за
входната характеристика на инвертора се получава
1 '°
т
„ — В cos ш
со С
\2
1— В sin ср 1
В cos ф I
(7.Г2)
Фиг. 7.8
всеки инвертор на ток. Редът на
където т=1 — за еднофаз-
ния и т~3 — за трифазния
инвертор.
На фиг. 7.8 са показани
външните и входните харак-
теристики на инвертора на
ток. Особеност на външните
характеристики е големият
спад в областта на малките
В, което се обяснява с то-
ва, че кондензаторът Ск ге-
нерира мощност при малки
товарни токове. Това е го-
лям недостатък на инверто-
ра. Минимумът при В=1 се
обяснява с равенството на
проводимостите на двете па-
ралелни вериги и с това, че
схемата се намира в режим,
близък до резонанс.
Формулите (7.2)—(7-12)
позволяват да се проектира
избор на елементите е след-
ният:
I. За проектиране на инвертора се задават следните вели-
чина :
196
1. Мощност в товара Рт.
2. Напрежение върху товара 6/т .
3. Честота на изходното напрежение /.
4. cos ср.
5. Захраиващо напрежение Ео.
Захранващото напрежение Ео може да бъде зададено от по-
требителя или неговата стойност се избира от никои общи съоб-
ражения при конструиране на инвертора. Тези съображения мо-
гат да се определят от наличието на мрежов трансформатор, из-
ползуването на регулируем или нерегулируем токоизправител, от
предварителния избор на токоизправителната схема, от наличието
на постояннотокови източници, например акумулатори, батерии
и т. н.
II. Избор на схемата.
Схемата се избира въз основа на заданието. Ако захранващо-
то напрежение Еа е малко и мощността не е голяма, за предпо-
читане е схемата със средна точка на трансформатора, тъй като
тиристорите са малко и катодите им са общи, поради което лес-
но се подават УИ. В противен случай се избира мостовата схе-
ма, в която напреженията върху тиристорите са по-ниски.
III. Стойността на входная ток 10 на инвертора се опре-
деля по формулата
=4к • <7ЛЗ>
където г; е к. п. д. на инвертора (>j = 0,8-?-0,85).
IV. Избор на тиристорите.
1. Средният ток през тиристора е
р-и)
където т=2 — за еднофазните схеми и щ=3 — за трифазните
схеми.
2. Задава се ъгъл на запушване на тиристорите
S > со t3, (7.15)
където /3 е времето’ за запушване на предполагаемия тип тири-
стори.
3. Определя се степента на товара от равенството
~COS<p (tg 6-J-tg 99) ' (7.16)
4. Определи се коефициентът на трансформация /?т от външ-
ната характеристика на инвертора (фиг. 7.3 б).
5. Максималното напрежение в права посока върху тиристо-
рите се определя по формулата
197
a, E,
LJ = ——
“max COS g
(7-17)
където 412=3,14 за еднофазната схема със средна точка на ин-
верторния трансформатор, а 442 = 1,57 — за еднофазната мостова
схема и 442=1,05 — за трифазната мостова схема.
Избират се тиристорите по изчислените 1а и Uamaj. и прието-
то /3.
6. Изборът на тиристорите по статични параметри не е до-
статъчен, затова трябва да се има предвид, че - има голяма
стойност и в повечето случаи трябва да се избират схемни реше-
ния за неговото намаляване.
7. Параметърът ——— в тези инвертори не е много голям и
обикновено не е опасен за съвременните тиристори.
Определяне на индуктивността на входния дросел %. При
анализа на процесите в инвертора се предполагаше, че £д —> со.
При определяне на индуктивността на този дросел обаче такова
‘ допускане е неопределено. Затова обикновено се задава някаква
стойност на пулсация на тока и се определи Лд така, че да оси-
гури тази пулсация. Може да се препоръча коефициентът на
пулсация q— у да не надвишава 15 — 20%. Изчислява се
като се предполага, че Ьд е включена последователно с Ео и Ro
където Ro е активного съпротивление на инвертора откъм входа
(Е 1
Ro = - - I • По такъв начин става въпрос за изчисление на %
*О /
при зададени Ео, 7?о и q, което не е трудно.
При определяне на La в еднофазните и трифазните инверто-
ри трябва да се има предвид, че честота! а на пулсациите в пър-
вия случай е два пъти, а във втория — шест пъти по-голяма от
честотата на напрежението върху товара, което показва, че % в
трифазните инвертори може да бъде значително по-малка.
Накрая трябва да се има предвид, че проектирането на инвер-
торите тук се отиася за установен режим.
През преходния процес могат да се получат нежелани явле-
ния, конто водят до значително намаляване на ъгъла о и инвер-
торът може да не заработи. Затова се използуват специални
пускащи устройства или се избира такъв режим на работа през
преходния процес, който осигурява достатъчно време на запушва-
не.
198
7.2 4. Инвертори на ток с отсичащи диоди и обратни
токоизправители
Видът на външната характеристика на инвертора на ток по-
казва, че той работи трудно, ако товарът и честотата се изме-
нят в широки граници. Особено лош вид има външната характе
ристика при малки В. Тогава рязко се увеличава товарного нап-
режение. За да се премахне това нежелано свойство на схемата,
се използуват отсичащи диоди, конто за определен интервал от
време откъсват („отсичат”) комутиращите кондензатори от това-
ра и по такъв начин максималното напрежение, до което се за-
реждат кондензаторите, не надвишава някаква определена стой-
ност. Диодите не позволяват кондензаторите да се разреждат
през товара.
На фиг. 7.9 е показана схемата на мостов инвертор с отсича-
щи диоди. Разгледани са особеностите на нейното действие от
момента, в който се включват тиристорите 7\ и Т\. Тиристорите
7'я и 74 веднага се запушват под въздействието на напрежението
на CKi и Ск2. Токът в инвертора протича по веригата £д, Т1(
СК1, Д3, Z, , Д4, С„2 и Т2. Фактически през тозн интервал от вре-
ме двата комутиращи кондензатора са включени последователно
с товара и със захранващия източник Ео. Под влияние на кому-
тиращия ток CKi и СК2 се презареждат и когато тяхното напре-
жение стане равно на напрежението върху товара, се включват
диодите Дл и Д.г и токът протича през TL, Д1г ZT, Д2 и Т\.
Следователно диодите са „отсекли” товара от комутиращите кои-
дензатори и те не могат да се зареждат повече от определените
•стойности. През другая полупериод процесите са същите, само
че стават в другата част на инверторната верига.
Схемата с отсичащи диоди може да работи в широк обхват
на изменение на честотата и освен това, тъй като в по-голяма
част от полупериода кондензаторите са откъснати от товара, тех-
ните капацитети са по-малки, отколкото в схемата без отсичащи
диоди.
Широко разпространение е получила трифазната мостова схема
с отсичащи диоди за регулиране на оборотите на асинхронни
двигател и.
Друг начин за подобряване на външната характеристика на
инвертора на ток е използуването на обратни токоизправители.
Вариант на такъв инвертор в мостово изпълнение е показан на
фиг. 7.10. Освен обикновен инверторен мост в преобразуватели
се използува обратен диоден мост, който е включен през дросе-
ла ЬД2 към захранващия източник Д и е свързан към инвертор-
яия трансформатор с определен коефициент на трансформация
ЬИБЛГОТЕКа)199
чТРГ*1*1 fr* * *л ч«8 J
Обратният ТИ работи по следния начин. При нормален то-
вар, когато се работи в областта на относително големи В, из-
ходното напрежение не е голямо и обратният ТИ не работи, тъй
като захранващото напрежение го запушва. С изменение на това-
ра, когато коефициентът В започва да намалява, се увеличава
изходното напрежение, а следователно и захранващото обратния.
ТИ напрежение. Достига се момент, когато изправеното напре-
жение от ТИ става по-голямо от захранващото Ео и ТИ се от-
пушва. За изглаждане на тока на обратния ТИ се използуват
дроселите £Д2. Това означава, че обратният ТИ ще провежда
само когато средната стойност (а не моментната) на изправеното
напрежение на ТИ е по-голяма от Е^. При това допълнителната
енергия, вместо да се натрупа в комутиращия кондензатор, се
връща обратно в захранващия източник. Токът през обратния
ТИ се определи от разлнката между средната стойност на из-
правеното му напрежение и Ео и от активного съпротивление на
дроселите L^. Тъй като средната стойност на изправеното
напрежение зависи от изходното напрежение и коефициента на
трансформация kT, то незначителпи увеличения на изходното
напрежение водят до големи токове през обратния ТИ, а еле-
дователио и през намотката wop (фиг. 7.10). При това токът през
тоод има такава посока, че изходното напрежение пада, което
означава, че обратният ТИ стабилизира изходното напрежение.
За да се осигури стабилизиране в целия обхват на изменение
на товара, трябва да се избегнат параметрите на обратния ТИ
така, че той да започва да работи при номинален товар. Но се
оказва, че схемите са неспособни да стабилизират идеално, тъй
200
като, за да е работоспособна схемата, необходимо е да се изпъл-
нява следното условие:
k'v =cos8. (7.18)
Ако &'т = 1, 8=0, не се осигурява време за възстановяване,.
Това означава, че ТИ не меже да се отпушва, когато изправено-
то му напрежение стане равно на • От фиг. 7-8 б се виж-
да, че при големи cos ф и В напрежението върху товара се стре-
ми към Ео . Следователно, колкото k\ приближава към 1, толко-
ва по-добра стабилизация ще има инверторът при голям обхват
на изменение на товара. За тиристорните инвертори обикновено
се приема k\ ««0,9.
Инверторът с обратен ТИ стабилизира напрежението в това-
ра при изменението на неговото съпротивление и cos <р. Въвеж-
дането на отсичащи диоди позволява да се работи и в широк
честотен обхват. При изменение на Ео обратният ТИ не може да
стабилизира изходното напрежение и е небходимо да се изпол-
зува регулиране по вход.
Възможно е вместо диоди в обратния ТИ да се използуват
тиристори и той да бъде управляем. Тогава работоспособността
на схемата се определи от равенство™
a=coso, (7.19)'
където а е ъгълът на управление на ТИ.
По-подробно този метод за регулиране и стабилизация е
разгледан в края на главата, но той не е получил широко раз-
пространение, тъй като се консумира голямо количество реактив-
на енергия.
7.3 . ИНВЕРТОРИ Н/\ НАПРЕЖЕНИЕ
Формата на изходното напрежение в инверторите на напреже-
ние (ИН) е правоъгълна. Те се захранват от източник на напре-
жение, който поредно през ключове се превключва към товара.
Следователно, за да се осъществи идеален ИН, е необходимо'
ключовете на силовата верига да бъдат идеални. Обикновеният
тиристор не е идеален ключ, тъй като му е необходимо време
на отпушване и време за запушване. През тези времена форма-
та на изходното напрежение не е правоъгълна. Но тъй като и
двете времена са много по-малки от полупериода на изходната
честота, то може да се смята, че и инверторите, конструирани с
тиристори. г а ИН. Най-близки до идеалните са инверторите, пос-
201
троени с транзисторы или с двуоперационни тиристори, тъй като
тогава управлението на включването и запушването се осъщест-
вява в управляващите им вериги, а силовите електроди оставят
независими. Но тъй като транзисторите и двуоперационните ти-
ристори на сегашния етап са относително маломощни, чрез съот-
ветен избор на конфигурацията на комутиращите елементи са
достигнати почти идеални ИН, конструирани с обикновени мощни
тиристори. В зависимост от начина на комутацията автономните
ИН могат да са разделят най-общо на инвертори с едностепеина
и двустепенна комутация.
7.3.1. ИН с двуоперационни тиристори
При разглеждане на принципа на действие на тази схема се
предполага, че тиристорите са идеални вентили, които се отпуш-
ват и запушват по управляващ електрод, че захранващият източ-
ник има двустранна проводимост (т. е. има безкрайно малко)
вътрешно съпротивление за про-
менливата съставка) и се пре-
небрегват загубите в елементи-
те на схемата.
Нека се разгледат пронеси-
те в мостовин ИН (фиг. 7.11)
при работа с активно-индукти-
вен товар. Основните диаграмм
на токовете и напреженията в
схемата са показани на фиг.
7.12. Нека в момент 0 = 0 се
подавят У И на тиристорите 7\ и
Т.2 (фиг. 7.11 а). Това означава,
че върху товара ZT се подава
напрежението Ео с полярност-
та, показана на фиг. 7.11. В на-
чалвия интервал
(0=0-4- 0J токът не може да
дромени посоката
на от предишния
от време
си, установе-
полупериод,
тъй като има индуктивен характер и протича чрез диодите Дл
и Д2. Това продължава до момента 0П когато токът променя
посоката си и започва да протича през Т1 и Т2. В момента, съ-
ответствутащ на 02, се подават УИ на тиристорите 'Г3 и Т4.
Те се отпушват и върху ZT отново се подава напрежението Ео,
само че с обратна полярност. Токът през товара отначало съхра-
нява своята посока и протича през Д3 и Дл, а след това се из-
мени и протича през Т3 и Т4. По-нататък пронесите се повтарят.
Както се вижда, в началото на всеки полупериод посоките
202
на тока и напрежението през товара не съвпадат, което означава,
че реактивната енергия, натрупана в товара, се отдава в източ-
ника. При това токът през източника протича и в двете посоки—
•от Ео, когато инверторът отдава мощност в товара, и в Ео, кога-
го товарът отдава енергия в източника. Ето защо е необходимо
източникът на захранване да има двустранна проводимост, което
се постига чрез включването на входа на инвертора на филтров
кондензатор Сф с голям капацитет, ако за захранващ блок се
използува токоизправител
с едностранна проводи-
мост.
За избора на тиристо-
рите по ток и напреже-
ние може да се използува
еквивалентна схема, пред-
ставляваща товарът, вър-
ху който се прилага пра-
воъгълно променливо на-
прежение с амплитуда Ео
фиг. 7.116).
На фиг. 7.13 е показана
Фиг. 7.13
схемата на мостов трифазен ИН-
Пронесите в него зависят от характера на товара, начина на свърз-
®ане на изходния трансформатор и начина на управление. Тири-
203
сторите обикновено провеждат 180° или 120°.В схемата одновре-
менно работят по три тиристора. При това на всички етапи, ко-
гато товарът е свързан във вид на триъгълник, към фазата се
прилага или Ее, или тя се оказва дадена накъсо. При евързване
Фиг. 7.14
в звезда всяка фаза се оказва включена или паралелно с друга-
та и последователно с третата, или последователно с другите
две, конто са съединени паралелно. Затова към всяка фаза се
£0 2£с
прилага напрежение, равно на 3 или -у— .
Нека се разгледат формата на напреженията и начина на ра-
бота на мостовия трифазен инвертор, когато товарът е съединен
в звезда и 1= 180°. Нека двойките тиристори— диоди се означат
съответно с Blf В2, В3, Bit Bs и В6. По такъв начин може да се
абстрахираме от вида на проводящия елемент в схемата. На фиг.
7.14 са показани формите на фазовите напрежения и формиране-
то на линейното напрежение между фазите А и В. Нека разглеж-
дането на процесите в схемата започва, когато са включени
съответно вентилите В5, В6 и Вг При това положение е явно»
че захранващото напрежение Ео се разпределя между фазите,
g
както следва: на фазите Л и С се подава напрежение - _ , а на
О
204
2
фазата В—------к~Ео, тъй като през ZB протичат токовете на
ZA и на Тс. В момента се подава У И на В2 и се запушва
Вь Така че от този момент започват да провеждат В6, В, и В2.
Тогава през Za протичат съответно токовете на Ев и Zc и съ-
2 1
ответно Uza става равно на ~-Ей, UZn— на— Еои Uzc— на
«5 о
—"; Ео . В следващия момент, съответствуващ на—-'? се включ-
о ” О -
•ва В3, а се изключва Ве. Провеждат вентилите Blt В2 и В3. Нап-
реженията стават съответно Uza =-~Ео, Uzb—-^E0 и
9
Uzc=-~ Ео.
В следващите интервали от време провеждат съответно тири-
сторите В2, В3, В^ В3, Вл, В3, В4, В&, В6; В6, Ве, В} и т. н. Сле-
дователно всеки вентил провежда по три интервала, което съ-
ответствува на един полупериод на изходната честота. Времедц-
аграмите на фиг. 7.14 а, б и в показват, че напреженията на фа-
зите имат правоъгълна форма. Такова напрежение има 1, 5, 7,
11, 13 и т. н. хармонични съставки, което показва, че то лесно
може да бъде филтрирано
Линейното напрежение Uab е получено от напрежението на
фазите, като UAb—Ua— UB.
7.3.2 ИН с едностепенна комутация
На фиг. 7.15 е дадена схемата на паралелен инвертор на на-
прежение с обратни диоди (ОД) Дх и Д2- Освен по тези диоди
схемата се отличава от схемата на класическия паралелен инвер-
тор на тока и с това, че индуктивността Z,K е малка. Макар че
двете схеми си приличат, комутацията при тях е различна. ОД
осигуряват сигурна работа при изменение на товара в големи
граници. Напрежението на тиристорите достига стойност, малко
по-голяма от 2£'о, не само при изменение на коефициента на
мощност на товара в широки граници, но и при товар, който се
измени от нула до номинална стойност.
Нека се разгледа един период от действието на тази схема,
когато товарът има индуктивен характер. Диаграмите на токове-
те и напреженията в схемата са показани иа фиг. 7.16. Нека е
отпушен тиристорът Tv Токът през товара е достигнал опреде-
лена стойност и кондензаторът Ск е зареден до напрежение 2£0
с полярност, показана на фиг. 7.15- В момента, съответствуващ
на ъгъла 0=0, се подава УИ на тиристора Тг (фиг. 7-16 а).
Това означава, че в този момент върху Tt се подава обратно
205
напрежение, равно на 2С0, и той се запушва- Щом се отпуши 7\.
кондензаторът Ск се оказва включен във веригата +£о’ wr2,
Ск, Tv Ьки —Ео. Под действието на Ео той започва да се пре-
разрежда и в момента О—О напрежението му, а оттам и това на
товара преминава през нулата.
В момента Ф=02 Ск се е преза-
редил до напрежение, равно на
2Е0, а върху товара се е устано-
вило напрежение Ео. Напреже-
нието върху товара е изменило
своята посока, но товарният ток
не може така бързо да я изме-
ни поради индуктивността. То-
гава се отпушва диодът Дх, през
който се затваря токът на то-
вара. Образува се веригата
—Ео, Дг, wltl, + E0. При това за"
пасената в товарната индуктив"
ноет енергия се връща в източ"
ника Ео. Този интервал се раз-
дели на две. В първия момент,
когато токът през Дх е все
още голям, преминавайки през
Фиг, 7.15
Wj.i, той създава е.д.н, което индуцира в «/0)1 напрежение
с посока, отпушваша тиристора 7\. Поради това в интервала
02 — ©з все още провежда и в момента, съответствуващ
0
на фазовия ъгъл 03, се запушва. В момента /4 =——токът през
товара изменя посоката си и става окончателното включване на
7\, ако У И е д статъчно продължителен.
В момента се подава УИ на Т2Л\ се запушва от напре.
жението^на Ск (фиг. 7.16 е). Интервалът 06 — 0е определи ъгъла
на изключване на схемата. Презарежда се Ск под действието на
Ео и когато напрежението му стане равно на 2£0, се отпушва
диодът Д2. Обратните диоди и в този случай „отсичат" комути-
ращия кондензатор от източника и поддържат постоянна стойност
на напрежението му.
На фиг. 7.16 ее показана формата на изходното напрежение.
Вижда те, че тя е близка до правоъгълната. Още повече че в
случая интервалът на комутация е разширеи. Продължителността
на комутационния интервал зависи от резонансната честота на
кръга £к — Ск. Колкото тя е по-висока, толкова по-близка до
правоъгълната е формата на изходното напрежение, но по-малко
е и времето за възстановяване на управляващите свойства на
dua
тиристорите, параметърът—е по-голям и т.н.
206
Често катодите’на диодите се свързват с анодите на тиристо-
рите. Тсгава максималното блокиращо напрежение за тиристори-
те става равно на 2£'о, а формата на напрежението върху това-
ра е най-близка до правоъгълната. С това обаче се разрушава
връзката за възвръщането на енергията обратно в източника. Тя
се разсейва при циркулацнята на тока през тиристора и диода.
За по-бързото й разсейване често последователно с диодите се
включват малки активни съпротивления. При това к.п.д., особено
за по-високи честоти, намалява. С увеличаване на &'= - •=- —
т Wl,l W1.2
се повишава к.п.д. на инвертора, ио при това се увеличава и на-
прежението в права посока, приложено към запушения тиристор.
2—kr
(7.19)
Едновременно се засилва и зависимостта на товарното напре-
207
жение от стойността на коефициента на мощност на товара. За-
това се препоръчва да се избира &'т=0,1~-0,2. При това по-голе-
мите стойности на k\ е целесъобразно да се избират при по-мал-
ки стойности на Ео и по-висока честота.
При активен товар тиристорите провеждат тока през целил
полупериод, а средният ток през тях е равен на половината от
товарния. При активно-индуктивен товар токът през тиристори-
те намалява за сметка на тока през обратните диоди. Средната
стойност на тока през тиристора е приб лизително
_ E0R.
/а ~ 2Z2
т
където /?т е активного съпротивление на товара (в Q), отнесено
към половината на първичната намотка;
ZT — пълният импеданс на товара, приведен също към по-
ловината на първичната намотка.
През всеки полупериод тиристорът провежда приблизително
(през време, определено от ъгъла
Z= 180—arc cos —V (7.21)
\ /
От разгледания принцип на действие на схемата се вижда, че
стойно стите на комутиращите елементи LK и Ск се определят
от анализа на преходния режим на работа на инвертора [40].
Еквивалентната схема на инвертора за случая, когато се отпуш-
ва Tz и се запушва 7\, е показана на фиг. 7.17 а. Схемата е
приведена към една първична полунамотка на инверторния транс-
форматор. Наистина в момента на отпушване на Т2 кондензаторът
Ск, зареден до напрежение Ео, с полярност, показана на
Фиг. 7.17
фиг. 7.17 а, се разрежда през Tt, LK, ZT и захранващия източ-
ник. През времето на преразреждане Ск е евързан паралелно
към запушващия се тиристор и последователно с отпушващия
208
се. Токът на встъпващия в работа тиристор се определя от
£.к — Ск и зависи от товара.
Основните критерии при избора на стойностите на £к и Ск
се свеждат до осигуряване на достатъчно време за запушване
па тиристора ta и непревишзване на определена кратност на то-
Лпах , -
ка т= - ,—, където /,пах е максималният ток, които протича
'о
през тиристора през време на комутацията, а /0 — токът, който е
протичал до началjto на комутацията.
Еквивалентната схема на инвертора в случай на индуктивен
характер на товара е изобразена на фиг. 7.17 б. Вижда се, че
аналитичното описване на процесиге в нея е трудно, тъй като
трябва да се решава уравнение от трети ред. Поради това за
опростяване се използуват следните съображения. Зарядът, който
е необходим на кондензатора Ск за разреждането му от Ео до О,
е постоянна величина независимо от характера на товара. Харак-
теръг на товара може да влияе само върху тока на презарежда-
не.
С увеличаване на инхуктивността на товара нараства товар-
ната съставка на тока на ирезареждане. Тези две положения да-
ват право да се замени товарът с еквивалентен източник на ток
(/«.в =«/0 — фиг. 7.17 в), тъй като зарядът. който получава Ск
за времето ta, не зтвиси от силата и вида на тока па презареж-
дане. Зарядът е интегрална величина и затова за определен пе-
риод от време може да се усредни.
Решението за напрежението вьрху Ск се получава във вида
(0 ~ 2Е0 f —cos cot \ 4- ° sin wt
(7.22)
За намирането на 13 (7.22) се приравнява на нула и след прео-
бразуване се получава
2 cosо)#з-----s;n со 73=О,
(7.23)
I . л RT , Е
където ==_•; Q .
\-ск~
В уравнение (7.23) Q характеризира едновременно и кратност-
та на тока през тиристорите:
(7.24)
14 Тиристорна техника
209
Анализът на (7.23) показва, че при увеличаване на т от 2 до
6 велпчината ы/3 се измена почти линейно от 0,24 до 0,6 rad (при
а=1). По-нататъшното увеличаване на /пне води до чувствител-
но увеличаване на ts. За да може да се анализира (7.22), необ-
ходимо еда се намери стойността на /екв. Оказва се, че след ус-
редняване на тока iTOB за времето t3 за еквивалентния ток се
получава
/ 2 3 \
г , ( 1_____I ттов I Ттов ттов| *ТОВ f (7.25)
/екв-/0^ 2 + f3 у е
където
__ 7'тов
Ттов —~р •
Числовият анализ на (7.23) показва, че при изменение на па"
Ттов
раметъра —7— от нула до пет а се измени от 0,5 до 1.
гз
Описаният начин за анализиране дава следната методика за
изчисление на инвертора: от уравнение (7-25) се намира а, тъй
като се знае видът на избраните тиристори (f3) и товарът (ттов )•
След това от (7.23) се намира честотата на комутация <о. Ка-
то се зададе т (7.24), се определи и второто уравнение за изчи-
сляване на комутиращите елементи.
За практиката не винаги е необходима толкова голяма точ-
ност. Затова в литературата за определяне на стойностите на Ск
и LK се предлагат формулите
1.7 Д,’
/з^р ___
0,425/тах ’
(7.26)
(7.27)
където е найтолемият възможен товарен ток в момента на
комутация, приведен към първичната полунамотка.
Най-голямата скорост на нарастване на напрежението в пра-
ва посока се получава при най-голям товар:
/ dUa \
\ dt Jmax
£0
=2,36-^
Както се вижда от (7.26) и (7.27), при големи товари и мал-
ки захранващи напрежения LK се получава малка, а Ск —голям.
Затова такива инвертори е целесъобразно да се използуват в
устройствата с малка и средна мсщност и при не много малки
стойности на Ао.
210

За нормалната работа на схемата е необходимо да се вземат
мерки против насищането на магнитопровода -на инверторния
трансформатор. Нека последен е провеждал тиристорът Ту Ко«
гато отиово се включи инверторът, може да се случи така, че
да се отпуши Ту
Фиг. 7.18
Магнитният поток има същата посока и може да стане наси-
щане на магнитопровода. Съществуват няколко начина за избяг-
ване на това нежелателно явление. Трансформаторът може да
бъде начислен за индукция, два пъти по-малка от допустимата.
При това об;.че се увеличават размерите му. Освен това той мо-
же да се конструира с въздушна междина, която дава малка ос-
татъчна индукция. Най-съвършеният начин е СУ да се проекти-
ра така, че винаги да се отпушва определеният тиристор или включ,
ването аа схемата да става с по-висока честота.
Сыцествуват още няколко схемни модификации, конто не се
отличават по принцип на действие от разгледания инвертор.
На фиг. 7.18 а е показана схемата на полумостов инвертор на
напрежение. Токът се комутира по същия начин, както и в схе-
мата със средна точка на инверторния трансформатор. При от-
пушването на единия или другия тиристор захранващото напре-
жение се подава върху товара и става зареждането на комутира-
щня кондензатор Ск. В първия момент след включване на съот-
вегния тиристор се образува резонансен кръг LKCK, в който се
създава импулс на напрежение върху LK с полярност, запушва-
ща другия тиристор. Тъй като комутиращото напрежение в схе-
мата се формира върху едната комутираща индуктивност LK , за
да е възможно запушването на тиристора, необходима е силна
магнитна връзка между двете LK. В противен случай общото на-
прежение върху индуктивностите може да не достигне необходи-
мата за комутация стойност на напрежението. Това изискване
усложнява схемата и затова за по-големи мощности се предпо-
А И Ч h А"К 211
БИБЛИОТЕКА)
< Тодор Нее,«чей /
чита мостовияг вариант на схемата на инвертор на напрежение
(фиг. 7.18 б), в който не е необходима магнитна връзка между
двете £к Това се обяснява с факта, че в тази схема комутира-
щият резонансен ток протича през двеге £к и кому тир ащото на-
прежение се формира вър-
т ху двете индуктивности не-
> зависимо една от друга, в
една и съща посока.
)|Li О.тределянето на Li; и
>i (_г Ск може да стане по ме-
тодиката, изложена по-
Е рано, или по формули
(7.26) и (7.27), като се
имат предвпд посочените
в схемите коефициенти.
Схемата на грнфазен
мостов инвертор па напре
жение с пофазова едно
степенна комугация е показана на фиг. 7.19. За комутация на
тиристорите се използуват индуктивностите и кон-
дензаторите — Сь. Комутацията на тиристорите се осъщест-
вява в рамките на една фазе: 7\, 7’2; Т.„ 7\; 7'5, Т6. Тиристори-
те в схемата провеждат 180е, което означава, че формата па из-
ходното напрежение не зависи от коефициента на мощност на
товара. Принципы на действие на схемата се основава на прин-
ципа на комутация на разгледаните еднофазни инвертори и на
логнката наработана трифазните инвертори, разгледаин в т. 7.3.1,
конто се обуславя от заколите на построяване на спстемите за
управление. Комутацията в рамките на една фаза става по след-
ния начин. Нека е включен тиристорът Tlt а 7’а, Д2 и са за-
пушени. Тъй като се предполага, че токът през 7\ се е устано-
вил, падът върху /•! е равен на нула, коетз означава, че напре-
жението върху също е равно на нула, а върху С2 то е равно
на Ео с показана га на фиг. 7.19 полярност. При отпушването на
Т2 тиристорът 7\ се запушва по следните причини. С включва-
нето на Т2 върху се подава напрежението на С2, т. е.
—Ео, което означава, че и върху се индуцира същото напре-
жение, т.е. t/t.<o) + £4,{G) — 22?О (при условие, че между L± и L3
има пълна магнитна връзка). Ясно е, че при отпушен Т2 анодно-
то напрежение върху 7\ е
iia~E0-‘2u^L^L^LK), (7.28)
което показва, че в първия момент върху 7\ се подава обратно на'
прежение, благодарение на което той се запушва, а неговият ток пре'
минава към С,. През интервала от време, докато Сх се зарежда, а
С2 се разрежда през от 7”3 към тиристора 7\ е приложено обрат-
212
но напрежение и той възстановява блокиращите си свойства. При
разреждане на кондензатора С2 до нула и зареждане на С± до Ео
токът през кондензаторите ще се прекрати, а товарният ток (актив-
но индуктивен характер) и токът на дросела ще се затвори през
обратиите диоди Дх и Д2. При това енергията, запасена в дросела
Ц, циркуляра в кръга Л2—Т2—Д2—L2. По този начин в комути-
ращите дросели ще се натрупва енергия, конто ще нараства с уве-
личаването на работната честота на инвертора и води до увеличава
не на загубите в елементите на инвертора. Тази допълнителна енер-
гия може да се върне в захранващия източник при включване на
обратимте диоди към част от намотайте на изходния трансфор-
матор вж. фиг. 7.15 и 7.18).
Логиката на работа на трифазния инвертор на напрежение и
построяването на системата за управление на тиристорите се оп-
ределят от времедиаграмите, показани на фиг. 7.14.
7.3.3. ИН с двустезенна комутация
В инверторите, разгледани в предната точка, комутацията се
извършва при включване на следващия силов тиристор. В тях се
използуват предварително заредени кондензатори в LC-кръг. Сле-
дователно тези схеми са с взаимокомутацня. Никои автори ги
наричат схеми с взаимноимпулсна комутация, тъй като комута-
ционният период е много малък и върху тиристорите се прила-
гат обратни импулси на напрежение, конто ги запушват.
Широко приложение са получили инверторите, в конто за за-
пушване на тиристорите се използуват специални комутационни
възли, използуващи комутиращи елементи, тиристори и диоди.
Този тип инвертори се наричат инвертори с двустепенна комута-
ция, тъй като изключването на тиристорите става чрез предвари-
телно прехвърляне на тока им на допълнителни тиристори и след
това се извършва гасенето на тока. Упргвлението иа тези инвер-
торн е по-гъвкаво и комутиращата верига най-често е отделена
от товара. Затова при тях се получава слаба зависимост на ко-
мутиращите елементи от изменението на товара. За комутиращи
възли обикновено се използуват тези, конто бяха разгледани в
регулаторите на постоянен ток.
Схемите на инвертори с двустепенна комутация могат да се
разделят на инвертори с групова и индивидуална комутация, с
пофазова комутация, с комутация във веригата на захранването
и т.н. Тези инвертори са широко разпространепп в регулируемого
електрозадвижване. Тук са разгледани никои основни типове схеми.
ИН с индивидуална комутация. На фиг. 7 20 е показан ва-
риант на ИН с индивидуална комутация. Основните тиристори
1\ и Т2 заедно с възлите за комутация, състояши се от комути-
ращащите кондензатори СК1 и СК2, индуктивностите £К1 и LK2, дио-
213
дите Дх и Д2 и тиоисторите Т\ и Т9, могат да се разглеждат като
напълно управляемы вентили. Това означава, че горната или дол-
ната част на схемата могат да се включват или изключват не-
зависимо една от друга.
В такъв вид схемата може
да работи само с чисто акти-
вен товар. Диаграмите на ос-
новннте токове и напрежения
са показани на фиг. 7.21, като
е предположено, че в елемен-
тите на инвертора няма загуби
и тиристорите са идеални клю-
чове.
Нека кондензаторът Ск, е за-
редей с ноляриостта, показана на
фиг. 7.20. В момента 01 се подава У И на 7\ (фиг. 7.21 а). Ти-
ристорът се отпушва и върху товара се подава напрежение.
то -у-. Едновременно с това Ск, се презарежда в трептящия кръг
СК1, LKl, Д± и Тг През Д1 протича ток във вид на полусинусо-
ида (фиг. 7.21 в), а върху Ск, се установява напрежение с поляр-
ност, показана на фиг. 7-20 в скоби.В момента 02 се подава УИ на Т\.
През него Ск, се оказва включен паралелно на 7'1 и той се запушва.
Образува се веригата 4- ..°-,7",СК|,ДТ .В първиямомент върху
Е
се сумират напреженията 2- и Сск,. Постепенно СК| се зарежда
Бо ,
по експоненциален закон до и фактически товарът се оказ
ва изключен от източника.
В момента 03 се подава У И на Т2 и върху /?т се получава
JP
напрежението с полярност, обратна на посоката през пър-
214
вия полупериод. По нататък процесите на комутация се повтарят
в долното рам о на схемата.
Внимателното разглеждане на схемата показва, че тя факти-
чески представлява два постоянотокови регулатора с капацитивна
комутация, свързани на общ
товар. По тази причина и
формата на изходното напре-
жение се отличава от иДе-
алната правоъгълна форма.
Идборът на тиристорите
се определя по средняя ток,
който не е трудно да се оп-
редели, и максималното на-
прежение, което е равно на
Ео. Комутиращите елемен-
ти могат да се определят
по методиката, изложена в фиг- 7'22
гл. 6.
Като се изменя паузата на работа между вентилите, може да
се регулира стойността на изходното напрежение.
На фиг. 7-22 е показана схемата на инвертор с индивидуална
комутация, в който формата на изходното напрежение е подобре-
на, защото комутацията е резонансна.
На фиг. 7.23 е показан трифазен инвертор с индивидуална ко-
мутация. Комутиращият възел за всеки силов тиристор (Ti~Те~)
е ограден с прекъсната линия, а възможната му схема е показана
към тиристора 7\. Тази схема е същата както на фиг. 7.20.
За да може да работи инверторът и на активно-индуктивен
товар, в схемата са включени обратните диоди Ду— Дв, през кои-
то се затваря токът на товара през време на паузата. Освен то-
ва в схемата се използуват отсичащите диоди Д'—Д'6, които пре-
дотвратяват щунтирането на комутиращия кръг на всеки тирис-
тор от другите рамена на инвертора и от товара. Малките дросе-
ли Lx—Lc намаляват скоростта на разреждане на комутиращите
кондензатори, с което се увеличава времето за запушване.
ИН с общи комутационни вериги. Характерно за този тип
инвертори е, че при тях едни и същи комутиращи елементи се
използуват за запушване на няколко тиристора.
Па фиг. 7.24 а е показана схемата на инвертор на напреже-
ние, в който за комутацията на двата основни тиристора Tj и Т'2
се използува един комутиращ кръг LK, Ск и два спомагателни
тиристора Д' и Д. Комутацията на тока в схемата е резонансна.
Нека се предположи, че товарът има силно индуктивен характер,
така че през времето на комутация товарният ток не се изменя
значително. При подаване на УИ на 7\ върху Д се получава
215
Е
напрежението От предишния полупериод кондензаторът Ск
е зареден до напрежение с полярност, показана на фиг. 7.24 а
без скоби. При включване на Т\ Ск започва да се презарежда
отначало в кръга Ск, Л> Т\ а при нарастване на неговия ток
до стойността на товарния 7\ се запушва и се отпушва Дх. По
такъв начин върху Т\ се подава обратно напрежение и той се
запушва. Дг провежда до момента, когато токът на резонансния
кръг спадне до величината на товарния ток. Тогава кръгът £к —
G се оказва включен или последователно със 2ГТ, или във вери-
F Е
гата + - 2 , Т, Ск, LK, Д2,-----. В първия случай е явно, че
товарният ток, определен от параметрите на товара, преминава
през Lk—Ck и следователно в края на комутапионния период
кондензаторът Ск се оказва зареден до по високо напрежение,
отколкото в началото. Във втория случай кондензаторът Ск се
презарежда до стойността, до която е бил зареден в начало-
то на интервала. Натрупването на енергия в Ск в първия случай
не е желателно и обикновено той се избягва или се включват
специални съпротивления, конто не позволяват напрежението
върху Ск да нарасне.
При отпушване на Д2, за да се поддържа токът през товара,
£
върху ZT се установява напрежението -у- с полярност, обратна
на полярността, когато провежда Тг Характерно за този интер-
вал е, че напрежението и токът през ZT имат обратни посоки.
Това продължава и в началния период, когато се отпуши Г3. За
да се поддържа Т2 отпущен, необходимо е неговият УИ да бъде
достатъчно продължителей, за да може товарният ток да проме-
ни посоката си и да нарасне до тока на задържане на тиристора.
216
В противен случай Т2 няма да се включи. С отпушването на Т2
се запушва Д2. Кондензаторът Ск о зареден до напрежение с
полярност, показана в скоби на фиг. 7.24 а. По нататък процеси-
те се повтарят за долната част на схемата, като Т2 се запушва
при включването на Т'2.
Тук бяха разгледани процесите в схемата, когато основният
тиристор се отпушва след напълно установяване на процесите в
трептящия кръг. Възможно е обаче той да се включва малко
преди кондензаторът Ск да се е гюезаредил окончателно. Това
съответствува на случая, когато Ск се презарежда през Д2.
Тиристорите Ту и Т2 се избират по максималния товарен ток
и напрежението на захранване Ео. Комутиращите тиристори Т\ и
Т'2 и диодите Ду и Д2 се избират със значително по-малък ток,
тъй като през тях протичат само импулси през краткия комута-
ционен интервал
На фиг. 7.24 б е показана схемата на инвертор, в който общ
за двата тиристора е комутиращият кондензатор Ск - Нека одно-
временно се подават УИ на тиристорите Ту и Т"т Тогава одно-
временно започва да протича ток в товара и се образува треп-
тящият кръг +Z0, Ту, Ск, Т'2, ЬКг и — Ео- В този кръг кон-
дензаторът Ск се зарежда резонансно за кратко време, тъй като
стойностите на LK и LK„ са малки. След зареждането на конден-
затора тиристорът Т2 се запушва и тъй като L<t е малка, върху
Е
нея няма пад на напрежение и върху ZT се подава —~~ . В мо-
мента, в който трябва да се запуши Ту, на Т'} се подава УИ.
Кондензаторът Ск се оказва включен антипаралелно на Ту и той
се запушва. Комутиращият кондензатор Сл започва да се преза-
режда в кръга Ск Ду, LKl, Т\ и Ск . В края на комутационния
интервал Ск се оказва зареден с полярност, готова да запуши
тиристора Т2.
217
През втория полупериод се включва 7'.,. Върху ZT се подава
р
яапрежение, равно на , но с обратна полярност в сравнение с
първия полупери эд. Запушването на 7', става, когато се подаде
УИ на 7’’ и С1; започне да се презарежда във веригата Ск, T'v
LK, и Д2. В края на този интервал Ск се оказва зареден с поляр-
ност, показана на фиг. 7.24 б без скоби, т.е. готов да комути-
ра тока през 7\. И в този случай и Д2 са обратни диоди и
освен за комутация служат да затварят енергията, натрупана в
товарната индуктивност.
По начина на включване на LK1 и LK„ даденият инвертор се
отличава от останалите ИН. Наличието на индуктивности в анод-
ните вериги на тиристорите явно изкривява фронтовете на при-
лаганото към товара напрежение, но одновременно с това нама-
лява и нарастването на тока, и напрежението върху самите ти-
ристори, което несъмнено е положително свойство на схемата.
И двете модификации могаг да се използуват за построяване-
то на трифазни системи, в конто чрез схемите за управление мо-
гат да се получат регулируеми трифазни напрежения с относи-
телно голям процент на съдържание на първи хармоник.
. ИН с комутация във веригата на захранването. Основните
тиристори в тези инвертори се запушват чрез специално комути-
ращо устройство, което обикновено е постояннотоков регулатор,
който прекъсва тока през съответните тиристори в необходимее
моменти. Една възможна схема е показана на фиг. 7.25. Инвер-
торът е трифазен и е построен с тиристорите Тъ—Т10 и обрат'
ните диоди Д-п—Д10, а комутиращото устройство е изпълнено с
тиристорите 7^—7'4, комутиращия кондензатор Ск и двата дро-
села Дрг и Др2 във веригата на захранването. Действието на схе-
218
мата е следното. Нека провеждат тиристорите 1\ и Т9. За да се
запуши тиристорът Т-, необходимо е да се отпушат тиристорите
и Т2. Кондензаторът Ск започва да се разрежда във верига-
та Ск, Т2, Д8, Т8 и Тг. След запушването на 7'5, което практи-
чески става мигновено, кондензаторът започва да се зарежда от
захранващия токоизточник по веригата + С0, Tlt Ск, Т2 и
—Ео. Това зареждане има резонансен характер, тъй като дросе-
лът Дрг има индуктивност Lr Тази индуктивност в момента на
комутацията има енергия конто се предава на кондензатора
Ск, от което в него се получава натрупване на енергия. За да
се отстрани това натрупване, в схемата се използува специално
устройство, съставено от трансформагорно свързаните намотки
към Дрг и Др2 и диодите Д3 и Д^ Тоза устройство не позволя-
ва напрежението на Ск да надпиши определена стойност, защото
тогава се отлушват съответните диоди, и допълнителната енергия
се връща обратно в източника. Максималното напрежение на ко-
мутиращия кондензатор се определи от напрежението на захран-
ване и коефициента на трансформация между и w2 на дросе-
лите:
С^Ок(О) — £()( 1 + &т ) »
където kT =
В нормално състояние диодите Дя и са запушени от обрат-
ното напрежение, което им е подадено от източника Ео. Те мо-
гат да бъдат отпушени, когато анодното им напрежение стане
по-високо от Ео. Това условие се изпълнява, когато напрежение-
то ис стане равно на Со( 1-р/гт ), тъй като, ако напрежението на
нарасне над kE0, на w3 се създава напрежение с такава по-
лярност, че се отпушва диодът Д4 и енергията на дросела Дрг се
затваря по веригата — w2 (Др2\ Дь и + С0. При това токът
през тиристорите 7\ и Т2 спада до нула и те се запушват. На-
прежението на кондензатора Ск става с обратна полярност, го-
това да изктючи сл'дващия тиристор. Енергията на Дрх бързо
се разсейва и диодът Д4 отново се запушва.
За да се запуши тиристорът Тв, се включгат тиристорите Т3
и Т4 и кондензаторът Ск се оказва паралелно включен на Тв
през Tv Д$ и Тл. Т6 се запушва и Ск започва да се презарежда
във веригата +С0, Т3, Ск, Тл, Wlt (Др2) и — Еа. При достига-
не па напрежението върху Ск до максималната стойност се от-
пушва Д.л и натрупаната в Др2 енергия се връща обратно в Ео,
а Ск е готов за следващата комутация.
От принципа на действие на схемата следва, че комутира-
щото устройство работи с честота, толкова по-висока, колкого
повече тиристори са използувани в схемата на инвертора. Това
219
определи и предназначението на тази схема за работа в’обхвата
на относнтелпо писки честоти. Кондензаторът Ск в тях се изпол-
зува много ефективно.
С цел да се увеличи честотата® на^работа на трифазните нн-
Фиг. 7.2G
' вертори с комутация по веригата на захранващия източник и по
този начин да се разширят възможностите за регулиране на из-
ходното му напрежение по методите на ШИМ (вж. т. 7-5.3) е
създадена схемата на инвертор с форсирано презареждане на ко-
мутиращия кондензатор Ск (фиг. 7.26). Комутиращият възел се
състои от комутиращите тиристори ТК1 и Гк2, отпушването на
които запушва съответно анодната (Гр Тя, Ть) трупа тиристори
или катодната трупа (Г?, Т4, ГД което се извършва по същия
начин както в схемата от фиг. 7.25 благодарение на индуктивно-
стите £к • Комутиращият кондензатор Ск се зарежда резонансно
чрез специални допълнителни форсиращи вериги, състоящи се от
тиристорите Гф1 и Гф2 и иидуктивностите £ф . За връщане на
натрупаната в комутиращите и форсиращи елементи енергия се
използуват обратимте диоди Д-—Д10 и индуктнвностите за об-
ратно връщане £ксв и £ф0В.
Нека провежда тиристорът Ги а кондензаторът Ск е заредей
до напрежение [7с(е> с показаната на фиг. 7 26 полярност. За да
се запуши 7\ (а също таьа Г3 и Г6), се подава управляващ
импулс на ГК1- Тогава десният край на кондензатора се оказва
свързан през Гк] към £к, а левият му край през Е0/2 — към
другия край на £к . Тоаа означава, че последователно със зах-
ранващия източник е вьведено напрежение с обратна полярност,
което по абсолютна стойност е по-голямо от Ео. Следователно
Т\ се запушва. Кондензаторът Ск започва да се презарежда по
веригата Ск , О, +£’о, £к. Тк , Ск. Естествеио е, че времето на
презареждане се определя основно от £,< и Ск. Когато тиристо-
220
рът 7\ възстанови управляващите си свойства, отпушаа^се ти-
ристорът Гфь От този момент нататък презареждането на С>
ще продължи освен по посочената верига и по веригата Ск
~t-Ec, L$, Тф, Ск с еквивiчентна кръгова честота .—
I L 'Lr
където Le — , к .• Общата продължителност на процеса на
презареждане в тази схема е 5—10 пъти по-малка, отколкого
при липса на фореираща верига. В края па комутационния ин-
к
0.
терна t комутиращият кондензатор се е заредил до напрежение
£7с(0) с обратна полярност и е готов за комутация па катодна-
та трупа вентили.
Ако трябва да се осъществят няколко комугации в даден
полупериод на изходното напрежение, необходимо е след преза-
реждането на Ск да се отпушаг 7'кг и Тф2 с цел Ск отново да
се презареди. При това напрежението му приема първоначалната
си стойност и е готово за следващага комутация на анодната
трупа вентили.
Действието на групите за обратно връщане на енергията не
се отличава от рззгледания процес в схемата от фиг. 7.25.
Напрежението на кондензатора в комутиращия кръг с форси-
раио презареждане слабо зависи от товарния ток и захранващо-
то напрежение. Ако коефициеитите на трансформация на ипдук-
тивностите Z.v (/.$ ) са равни иа две, максималното напрежение
вьрху тиристорите на инвертора в права посока е (1,4 -4-1.6) До,
а в обратна (0,44-0,6) Д,. Мзксималното обратно напрежение на
диодиге Д Д10 е (3.34-3,7) £’о, а (7Ск max = (0,94-1,1) Ео.
7 A. РБЗОНАНСНИ ИНВЕРТОРИ
Към резонансните инвертори ще бъдаг отнесени схемнте, то-
кьт през основните тиристори на които през по-голямата част от
«юпупе «иода има синусоиден характер.
В класическпте последователям ищерторн товарът е включен
в резонансен кръг през интервала, когато са отпушени тиристо-
рите. Благодарение на това ле :но може да се получи практичес-
ки синусоид но товарно напрежение. Това прзви тези инвертори
най-удобни за използуване в апаратура заиндукционно нагряване,
ултразвукови генератори и в други случаи, когато за захранва-
не на товара е необходимо синусоидно напрежение с честота, по-
висока от 2 —3 kHz. Токът през тиристорите в тези инвертори
нараства по синусоиден закон, което е п>ложигелно от гледна
точка на преходните загуби при отпушването иа тиристорите. В
инверторите на ток и напрежение скоростта на нарастване на то-
ка ти включване може да бъде голяма, което изисква специ-
ални мерки за предотвратяване на рззрушаването на структурата
221
на тиристора и намаляване на загубите. По тази причина инвер-
торите на напрежение работят на честоти до 400 Hz, инверто-
рите на ток до 2—3 kHz. а резонансните инвертори могат да
работят до честоти 50—80 kHz. Друго предимство на инверто-
рите с колебателен режим на работа е, че времето за изключ-
ването им е относително голямо и обикновено обратного им на-
прежение се подава в момент, когато токът през тиристора спа-
да до нула.
От казаното дотук следва, че основната особеност на този
тип схеми е, че токът през тиристорите има синусоидна форма.
Следователно товарът при тях е включен в трептящ кръг, който
може да бъде последователен, паралелен или последователно-па-
ралелен. По тази причина този тип инвертори се наричат резо-
нансни. Това наименование е по-общо и по-точно отразява харак-
терните особености на цяла трупа инвертори, конто имат еднак-
ви еквивйлентни схеми с класическия последователен инвертор,
но различна структура. Резонансният инвертор, в който комути-
ращият капацитет е включен последователно с товара, се пари-
ча последователен. Ако за нормалната работа на инвертора е не-
обходимо паралелно на товара да се включи компенсиращ капа-
цитет, този инвертор може да се отнесе към групата на после-
'дователно-паралелните резонансни инвертори.
Тук са разгледани осповните схеми на резонансни инвертори:
обикновени последователни, удвоители па честота, инверiopH с
ОД, многозвенни схеми [2, 3, И, 15, 55, 65].
7.4.1. Принцип на действие на последователняя
резонансен инвертор
На фиг. 7.27 е дадена схемата на последователен инвертор
Чрез нея са изяснени осповните свойства на последователните ип-
вертори.
В схемата са пзползувани следните означения: £'о — захран-
ващ източник със средпа точка, Тг и Т2 — силови тиристори,
Ск — комутиращ кондензатор, LKl — LKa — LK — комутиращи ин-
дуктивности, /?т — товарно съпротивление.
Както и досега, при разглеждапе на процесите в схемата се
предполага, че тиристорите представляват идеални ключове и се
пренебрегват загубите в спомагателните вериги. Осген това се
предполага че преходните процеси в схемата са завършени и
режимът на работа е установен.
На фиг. 7.28 са показани кривите на напреженията и токове-
те, характеризиращи инвертора в случая, когато управляващата
честота на типисторите fy е равна па резонансната /0 на треп-
тящия кръг LK , Ск и /?т .
Разглеждането на процеса ще започне от момента, ко-
гато на тиристора Тг се подава УИ. Тиристорът се отпушва
222
и започва да протича ток във веригата + Еп, Tlt LK„ Ск,
R и средната точка на източника. Фактически тиристорът
Ту изпълнява ролята на к юч в резэнансния инверторен кръг.
Под влияние на протичащия
ток (фиг. 7.28 б) комутира-
щият кондензатор започва
да се презарежда (фиг. 7.28 г).
След интервал от време, а
съответствуващ на половин
период на собствени'е реп-
тения на инверториия кръг,
кондензаторът се щтзареж- 6
да и в момента 02 л токът
през него спада ’О нула.
Фиг. 7.28
Фиг. 7.27

Благодарение на резонансни» характер на кръга кондензаторът
се зарежта до напрежение, по голямо от захранва цото, което в
дадения случай е равно на £'о.
Ако в момента л на тиристора Т„ се подаде УИ, започва да
протича ток във веригата: средната точка на източника, елемен-
тите RT , Ск, LK„, Т2 и —£’о. Посоката на тока през този полу-
период е обратна на посоката през интервала, когато е провеждал
Ту. При протичането на този ток през бобината LKi върху нея
се създава пад с показаната полярност Ако двете бобини са из-
пълнени така, че между тях е осъществена 100 % индуктивна
връзка и са свързани съгласувано, в бобината £К1 се индуцира.
е. д. н. със същата стойност и означената на фиг. 7.27 поляр-
ност. Тогава напрежението върху тиристора Ту (фиг. 7.28 в) е
сумата от напрежението на източника Ео и напреженията вър-
ху бобините Ьк, и /к,. За да работи схемата яормално, необхо
223
димо е сумарното индуктивно напрежение в продължение на оп-
ределен интервал 02— 0, да бъде по-голямо от напрежението на
източника, за да се създаде отрицателно напрежение върху и
той да възстанови управляващите си свойства.
Фиг. 7.29
Фиг. 7.30
В края ла този полупериод кондензаторът се оказва заре-
дей до съответно напрежение с полярност, показана в скоби на
фиг. 7.27. Той е гитов за следващата комутация
Когато в 0j се подаде УИ на тиристора 1\, процесите в
схемата се повтарят.
На фиг. 7.28 д е показана формата на напрежението върху
бобината /,К1 (/«) Вижда се, че неговата честота е два пъти по-
•висока от честотата на изходното напрежение.
От фиг. 7,27 е се вижда, че изходното напрежение на после-
дователния инвертор има форма, много близка до сипу соидната,
В последователния инвертор съществуваг три режима на ра-
бота :
1. Граничен режим при който /0— fy и койго беше разгле^ан
2. Режим с пауза, когато Д, > fy .
3. Режим иа прпнудигелна комутация, при който fn>fy.
На фиг. 7.29 и 7.30 са показани управляващите имнглси,
анодното напрежение на тиристорите и напрежението върху това
ра за последимте два режима на работа. От тези графики могат
да се направят следните заключения по отношение на граничния
режим па работа:
1. Кривата на напрежението върху товара при тези режими
се отличава по форма от синусоида.
2 Времето за изключване в режима с пауза е по-голямо от
224
това в граничен резким, което е пък по-голямо от това в режим на
принудителна комутация. Затова е необходимо в процеса на из-
менение на параметрите на инверториия кръг да се внимава да-
ли времето за запушване на тиристорите ше бъде достатъчно.
Фиг. 7.31
3. Амплигудата на токовия импулс през тиристорите при ед-
иакви захранващо напрежение Ео и изходиа мощност е най-мал-
ка в режим с принудителна комутация и най-голяма в режим с
пауза. В режим на принудителна комутация има скок в кривата
на тока при включването на съответния тиристор, което мвели-
di
чава взнскванията към -з,— на тиристорите.
4. Изкскванията за магнитна връзка между £К1 и £«» са най-
твърди и абсолютно необходими за режима с принудителна ко-
мутация, докато в режима с пауза, когато резонансната и изход-
иата честота са доста различии, може въобще да не съществуза
връзка.
Обикновено режимът, в който работят последователните ин-
вертори, се изчислява така, че той да бъде с пауза и да се до-
ближава в определени моменти към граничния. Практическите из-
следвания показват, че режимът на принудителна комутация не е
много сигурен.
На фиг. 7.31 а, б, и в са показани още три типа последова-
телни инвертори. При всички се използува последователна резо-
нансна комутация и се отличават една от друга по с а) начина на
връзка със захранващия източник; б) начина на съединение на
комутиращите елементи; в) броя на минимално необходимее ти-
15 Тиристорна техника
225
ристори и г) начина на връзка с товара. В сравнение с разгледа-
ния инвертор (фиг. 7.27) схемата на фиг. 7.31 а не изисква източ-
ник със средна точка, но в него е необходимо комутиращият
кондензатор Ск да бъде разделен на две равни части. По тази
причина схемата се нарйча инвертор с разделен комутиращ кон-
дензатор. Вариантът, показан на фиг. 7.31 б, изисква два пъти
повече тиристори от останалите, но има два пъти по-голяма из-
ходна мощност, а комутиращият кръг на фиг. 7.31 в е включен
във вторичната страна на инверторния трансформатор.
На фиг. 7.31 г е дадена еквивалентната схема на заместване
на последователния инвертор. В първия полупериод върху инвер-
торния кръг (£к, Ск и /?т) се подава половината напрежение на
захранващия източник (фиг. 7.26), като за ключ служи тиристо-
рът 7\. През другия полупериод същото по стойност, но обрат-
но по полярност напрежение се подава на кръга през ключа Т2.
Следователно Tj и Т2 могат да бъдат представени като пре-
включватели, конто подават захранващото напрежение към кръг,
в който има начално напрежение на кондензатора и в режим на
принудителна комутация начален ток в индуктивността LK.
Показаната еквивалентна схема е обща за всички модификации
и позволява да се изчислят осповните елементи на инвертора, ка-
*то се използува решението на преходните процеси в резонансен
LCR кръг. Ако обаче товарът има сложен характер, което се
среща най-често на практика, този класически начин не е до-
статъчно точен и използуването му е трудно. Затова са създа-
дени други начини за анализиране и инженерно проектиране на
схемите.
Независимо от това, че показаните схеми на фиг. 7.27 и 7.31
си приличат и че имат обща еквивалентна схема на заместване,
те имат някои особености, конто трябва да се имат предвид при
избора на схемния вариант.
1. Напрежението на комутиращите кондензатори в схемата
с разделени кондензатори има постоянна съставка, тъй като два-
та кондензатора са включени последователно със захранващия
източник.
2. Напрежението върху товара в мостовата схема е два пъти
по-голямо от това на полумостовите схеми, тъй като върху ре-
зонансния кръг се превключва цялото напрежение £в, а не поло-
вината.
3. Величината на комутиращите елементи в последний случай
(фиг. 7.31 в) може да се регулира чрез коефициента на транс-
формация на инверторния трансформатор.
226
7.4.2. Удвоители на честота
С цел да се увеличат честотните възможности на схемите се
използуват последователни инвертори с удвояване на честотата
[15, 36, 44, 48]. Създаването им е
нопосочното и изместено по време
кондензатори през товара или на
пропускане през товара на ед-
нопосочни импулси на ток, фор-
мирани от LC кръгове, така че
основният хармоник на напреже-
нията в товара има честота, два
пъти по-висока от честотата на
управление на инвертора. Тири-
сторите в тези схеми работят с
два пъти по-ниска частота от
изходната, благодарение на кое-
то загубите в тях са по-малки.
На фиг. 7.32 е показана схе-
мата на инвертор с удвояване на
основано на принципа на ед-
разреждане на комутиращите
чесгота, конто го външен вид прилича на схемата на фиг. 7.3! а.
Разликата се състои в това, че товарът е включен трансформа-
торпо с комутиращите индуктивности, т. е. първичните намотки
на трансформатора са одновременно и комутиращите индуктив-,
ногти LKt и Д,, .
Принципът на действие на инвертора е следният. При подава-
не на УИ на 7, той се отпушва и токът протича през кръга, об-
разуван от елементите Тх, LAl и Ск. Инверторният кръг е
проектиран така, че собствената му резонансна честота да е два
пъти по-ниска от необходимата честота на товара.
През другия полупериод провежда тиристорът Т2 и токът
протича през елементите Ск, 1К2 и Т2. Двете намотки LKl и LK,
са навити така, че токовете в тях създават еднопосочно подмаг-
нитване на магнигопровода. За това подмагнитване е характерно,
че то нма постоянна и променлива съставна, чиято честота е
два пъти по-висока от честотата на токовите импулси, конто пре-
минават през трансформатора. В резултат на това включване в
товара се отдели мощност от променливата съставка, което оз-
начава, че честотата на полезного напрежение върху товара е
два пъти по-голяма от честотата на превключване на тиристори-
те в инвертора. i,
Недостатък иа дадения инвертор е наличието иа постоянна съ-
ставка в намагнитваието иа трансформатора, което води до уве-
личаване на неговите размери.
На фиг. 7-33 са дадени две мостови схеми на удвоители на
честота с постоянна съставка на тока в товара (фиг. 7.33 а) и
без постоянна съставка на тока през товара (фиг. 7.33 б). Прин-
227
ципът на действие на двете схеми е еднакъв и се основава на
принципа на действие на обикповения мостов последователен ин-
вертор. Разликата е само в начина на включване на товара.
Разликата между двата инвертора се състои в липсата на
постоянна съставка на напрежението върху 7?г във втория слу-
чай. Причината за това е фактът, че товарът е включен после-
дователно с филтриращия кондензатор. В дадената схема се ус-
тановява равенство между консумирания от схемата ток, който
протича от плюса към минуса на захранващия източник, и по-
стоянната съставка на полусинусоидните импулси, които премина-
ват през RT в обратна посока.
Пресмятането на основните параметри на тези инвертори е
индентично с обикповения последователен инвертор. Свързването
на само във веригата на постояниотоковия източник е екви-
валентно на 100%-ова магнитна връзка между £к, и £Kj, от
фиг. 7.31 б- При такова евързване се увеличават напреженията в
права посока на тиристорите, което е недостатък на схемата.
За да се намалят тези напрежения, £к се раздела на две : една
част се включва в постояннотоковата верига, а другата — в про-
менливотоковата последователно с Ск .
7.4.3, Многозвенни инвертори
За получаването на мощност в ултразвуковия честотен обхват
при използуване на тиристори с време на запушване 40—60 ps
е целесъобразно АИ да се изпълияват по многозвенни схеми.
Те представляват няколко инвертора, свързани върху общ то-
вар. Отделните звена работят последователно и но този начин в
работата им се получава голяма пауза, равна на един, два или
повече полупериоди, в зависимост от броя на звената.
На фиг. 7.34 е показана двузвенна схема, изпълнена с два ин-
вертора със средна точка на захранващия източник. В този ва-
228
риант изходните трансформатори са включени между аиодите и
катодите на тиристорите на съответните инвертори. f:,
Схемата работи по следния начин. Нека УИ се подава на 7\
(фиг. 7.35 а). В резонансния кръг 4-£’о, Tv LKl, Ск и 0 (къ-
Фиг. 7.34
дето /?’ е приведено™ съпротивление на товара) протича токов
импулс. В края на полупериода СК| се презарежда до напрежение,
превишаващо Ео с величина А77, и на 7\ се подава обратно на-
Т
прежение. В момента се отпушва Т2 и токовият импулс
протича в кръга £’о, £К1, Т2, /?т и СКг, при което върху товара се
формира обратна вълна на напрежението (фиг. 7.35 д).
След това се отпушва Т3, СК1 се презарежда и създава об-
ратно напрежение на тиристора Ts. През четвъртия полупериод
провежда 7\.
По този начин честотата на изходното напрежение е два пъти
по-висока от честотата на работа на всеки инвертор.Двата транс-
форматора TPt и Тр.. работят без подмагнитване.
За нормалната работа на инвертора е необходимо сумарното
напрежение на непроводящая тиристор, когато той възстановява
управляващите си свойства, да бъде отрицателно. От принципа
на действие на схемата се вижда, че през възстановителния по-
лупериод на тиристора въздействуват напрежението в права по-
сока £'в, обратного напрежение Ucm иа комутиращия кондензатор
и приведеното към първичната намотка на трансформатора на-
прежение на товара и\ За нормалната работа на схемата е не-
обходимо да се изпълнява условието
229
|t/cm
Основните времедиаграми на токовете и напреженията в схе-
мата са показани на фиг. 7.35. От нея се вижда, че времето за
изключване tu е по-голямо от един полупериод (фиг. 7.35 в), че
Фиг. 7.36
напрежението върху комутиращия кондензатор (фиг. 7.35 г) има
форма, близка до трапецовидната, и че напрежението върху то-
, вара се формира от различии импулси, протичагци през съответ-
ните тиристори.
Схемата на тризвенен инвертор е показана на фиг. 7.36. Ней-
ната работа е идентична с работата на двузвенния инвертор и се
състои в следното. При отпушване на 7\ протича ток в товара
от -\-Е0 към средната точка на захранващия източник. След сиа-
дането на тока до нула се отпушва Т2 и токът в кръга протича
от ну лата на захранването към —£'о, което означава, че през /?т
той има обратна посока в сравнение с първия полупериод. През
този интервал върху 7\ има обратно напрежение, създадено от
напрежението на заредения резонансно комутиращ кондензатор CKl.
През третия полупериод провежда тиристорът Ts, посоката
на тока през 7?т е както в първия полупериод, върху 7\ про-
дължава да се съхранява запушващо напрежение, а върху Т'2 се
установява отрицателно напрежение. През следващия полупериод
провежда 74. Върху тиристора 7\ се установява напрежение в
права посока, а Т2 и Т3 имат обратно напрежение. По-нататък
провежда 7'-; върху Тг има, а върху Т2 се установява напреже-
ние в права посока, докато върху ТА и Tt се запазва обратного
напрежение. Последен от цикъла провежда тиристорът Т6. На-
преженията върху останалите тиристори са следните — върху 7\
и Т'2 то е положително, върху Т3 преминава от обратно в право,
а за 7\ и 7'5 е запушващо и те възстановяват управляващите си
свойства. По-нататък отново се включва 7\ и процесите се по-
втарят.
230
Характерно за схемата е, че времето за изключване е по-го-
лямо от един период на изходната честота. За да се осыцестви
това на практика, необходимо е и тук да се изпълнява условие-
то, което беше доказано за двузвенния инвертор.
В сравнение със схемите с удвояване на честотата двузвен-
ните схеми изискват повече тиристори, но формата на изходното
им напрежение е много по-близка до синусоидната. Още по-голя-
мо време на изключване може да се получи, ако многозвенната
схема се изпълии с удвоители на честотата.
Показаните два варианта не са единствените. От всички типо-
ве последователни инвертори могат да се конструират многозвен-
ни схеми, но техният принцип на действие няма да се отличава
от разгледания.
7.4.4. Резонансна инвертори с обратим диоди
Обикновено резонансните инвертори работят със силно про-
менлив товар. Това изменя режима на работа на последователния
инвертор. Рязко се изменят такива параметри като право и об-
ратно максимално напрежение върху тиристорите, времето за из-
ключване и напрежението
върху комутиращите еле-
меити.
За да се намалят гра-
ниците на изменение на то-
варного и анодно напрежение,
се използуват схеми с об-
ратни диоди (ОД), чнето
предназначение е да връ-
щат част от реактивната
енергия обратно в захранва-
щия източник.
Схемата, дадена на фиг. 7.37, е мостовият вариант на после-
дователен инвертор с ОД, а на фиг. 7.38 са дадеии характерни-
те криви на токовете и напреженията й.
Принципът на действие на схемата се състои в следиото.
Нека са отпушени тиристорите и Tv Кондензаторът Ск се
зарежда в резонансния кръг LK, и Q. В момента ta (фиг.
7.38 д') токът през кръга спада до нула и се отпушват диодите
Дг и Д2, понеже имат положително напрежение, създавано от
напрежението на Ск , който се е заредил до по-голяма стойност
от Е„. Токът през товара променя посоката си и има същата
честота, както и когато са провеждали тиристорите Т\ и Т v ио
амплитудата му е значително по-малка (фиг. 7.38 вид). Това
се обяснява с факта, чееквивалентното действуващо напрежение
в кръга е напрежението на заредения кондензатор и напрежение-
23!
то Ев, конто са обратни по посока. През времето на провежДан е
на тиристорите посоките на двете напрежения съвпадат.
През интервала, когато ОД провеждат върху тиристорите 7\
и 72, се подава обратно напрежение, равно на напрежението в
права посока на отпушените диоди.
В момента t3 се подават УИ на Тя и Д4. Диодите Дх и Д2 се
запушват от голямото обратно напрежение, което се подава с
отпушването на Т3 и 1\. Токът през товарния диагонал продъл-
жава да протича в същата посока, както когато са провеждали
диодите Дх и Д2. В момента /4 токът през 7'8 и 7\ спада до нула
и се включват Да и Д4, конто провеждат до момента t5, когато
се отпушват отново 7\ и Т2, след което процесите се повтарят-
Действието на ОД се проявява в следното. Ако в процеса на ра-
бота товарът се измени така, че се увеличава токът през него,
увеличава се и стойността на напрежението, до което се зареж-
да кондензаторът Ск . Следователно увеличава се амплитудата на
тока през диодите, с което увеличевата енергия на кондензатора
Ск се връща обратно в източника. Освен това от действието на
232
схемата се вижда, че максималното напрежение в права посока
на тиристорите не превишава Ео, а обратното напрежение е око-
ло 1,5—2 V (фиг. 7.38 г).
Схемата има следните недостатъци. Нарастването на анодното-
напрежение в права по
сока на тиристорите е
много голямо, тъй като
то се определи само от
скоростта на отпушване
на тиристорите. Факты,
че обратното напреже-
ние е много малко,
увеличава необходимо-
го време за запушва-
не на тиристорите. Не-
обходимостт-а от четири
допълнителни диода ус-
ложнява и оскъпява
схемата. Но благодарение на това, че схемата може да работи с
големи Q-фактори, тя е намерила широко разпространение във ВЧ
генератори за индукпионно нагряване при последователна ком-
пенсация на индуктивността на товара.
На фиг. 7.39 е показана схемата на удвоител на честота с ОД.
За разлика от схемата на фиг. 7.37 тоаарът е включен в Диаго-
нала на захранващия източник. Освен това режимите на двете схе-
ми се отличават по продължителността на провеждането на ОД.
Схемата действува по аналогичен начин. Фактически С$ слу-
жи за захранване на инвертора, тъй като индуктивността L$ е
много голяма и за променливите токове представлява много го-
лямо съпротивление.
Токовите импулси през тиристорите и диодите, както и в пре-
дишния случай, се отличават по амплитуда. Благодарение на кон-
дензатора Сф, който е включен последователно с товара, през то-
вара не протича постоянна съставка на тика.
За един пълен цикъл на работа в товара се формират две пъл-
ни синусомди. Това показва, че честотата на изходното напреже-
ние е два пъти по-висока от честотата на отпушване па тири-
сторите, което означава, че схемата действува като удвоител.
За схемите с ОД е характерно това, че активна мощност от
източника се консумира само през интервала от време, когато
провеждат тиристорите. Това означава, че в сравнение със схеми-
те без ОД тиристорите се натоварват повече по ток. Схемите с
ОД са много устойчнви при промяна на товара и затова са ши-
роко разпространени в генераторите за технологични цели.
233
»КЛПО1екл)
7.4.5. Анализ и проектиране на резонансните инвертори
при работа със сложен товар
На фиг. 7.40 а е показана схемата на мостов последователен
«инвертор, който работи с активно-индуктивен товар (Лт , RT ). Най-
често параметрите на активно-индуктивния товар са такива, че е
невъзможно неговото непосредствено свързване, тъй като режи-
Фи! 7.40
мът на работа на инвертора се получава много неблагоприятен"
По тази причина товарът се шунтира с капацитет Ст , който ком'
пенсира индуктивността на товара. Така че общият вид на инвер-
тора може да се определи като последователно-паралелен. В мо-
стовата схема, когато е отпущена едната или другата двойка
тиристори, към инверторния кръг се прилага напрежение със
стойност Ео. При това по отношение на диагонали на инвертора
в различите полупериоди се прилага различно по знак напреже-
ние. Това означава, че еквивалептната схема на инвертора може
да се представи като инверторен кръг, на входа на който дейст-
вува правоъгълно напрежение с променяща се полярност и ампли-
туда Ео (фиг. 7.40 б).
Известно е, че такова напрежение има следния спектрален
състав:
е(е)=.фЕ.У2^«л ₽»-!>».
2п—1
(7.29)
където б,=со/, 2 г; f.
За съответните хармонични съставки на входното напрежение
паралелната част на инверторния кръг (фиг. 7.40 б) може да се
замени съответно с еквивалентен последователен импеданс
Ze(«)=/?e(«)+/Ae(/z)- (7.30)
Този импеданс за различайте хармонични съставки е
234
(7-31)
z («т+/"<»^) jn~c~
KT+inoLt--L-
Изследванията [46] показват, че съпрогивленията за висшите
хармонични в реален случай са минималки и с достатъчиа точ-
ност могат да се пренебрегнат. В такъв случай след съответно
преобразуване за еквивалентния последователен импеданс се по-
лучава
7 «X________... ««x+ctg^ -1)
е ctg2<f.T +(1—Lt ctg2q)T+(1—а)3 ' 7
Ь 4 R,
където а= —-г~ и ctt<<&T = '
wL., С„ & т о> L.
В зависимост от стойността на а еквивалеитният импеданс Z„
може да има капацитивен, индуктивен или чисто активен харак-
тер. Обикновено се работи с товар, който има капацитивна реак-
ция или е напълно компенсиран. Нека еквивалеитният последова-
телен импеданс има капацитивен характер. Тогава за импеданса
на цялата инверторна верига се получава
/ хс \
Ze{n)=^ ( п Ац. -у пк -j\XLt , (7.33)
където Zj и са коефициентите пред 7?т и Хс от уравнение
(7.32).
Изразъг (7.33) за първия хармоник на тока придобива вида
4=--7(-Yck -Л)-/аСк +яе.
(7.34)
Като се има предвид, че честотата на еквивалентното входно
напрежение се определя от превключването на тиристорите и е
равна на изходната, ясно е, че за първия хармоник се осъщест-
вява резонанс на напрежение в последователния инверторен кръг:
Аск ~(Л'ск4-А;)=0.
(7.35)
Тог.пза за напрежението върху еквивалентното активно съ-
против. сипе иа товара се получава
Съответно напрежението върху целая товар е
(у* _
« cos ~ cos •$
(7.36)
(7.37)
235
където
От (7.29) и (7.33), като се имат предвид ограниченията, въве-
дени за моментната стойност на тока през тиристора, се получава
£(»)_ _ 4 / Sin3____1 cos 3» 1 cos 5&\
1 Eo " st 9 XL 'r 25 XL (7-38)
и \ т .uK J
В (7.38) са пренебрегнати съпротивленията на комплексния
товар и на комутиращия капацитет за висшите хармоници, тъй
като в сравнение със съпротивленията на комутиращата индук-
тивност те са незначителни.
Ако сравним /z-тия хармоник на тока през тиристорите с пър-
вия, се получава
/_м(п) _ 1
'м(0~ "3Q~’
XL
където Q=-p— е Q-фактор на кръга.
За реални Q-фактори висшите хармоници на тока могат да се
пренебрегнат [39]. Тогава за тока през тиристора, комутиращите
елементи и еквивалентния последователен товар се получава
.<. 4 sin S q о\
‘ ' <7'39)
Токът през реалния товар се определи от
« 0,9
^теф RT cos + tg фт
а мощността, която се отдели в товара, е
Р‘=-т = °’®L • (7.41)
т £0/0 KTCOS2T|5(l+tg2<iT )
Напрежението върху комутиращата индуктивност се получава,
като се има предвид, че
оо
«Дк= 2 in XL*1 №
Л=1
(7.42)
236
Тъй като с увеличаване на номера на хармониците расте и
съпротивлението на бобината, при определянето на напрежението
не могат да се пренебрегнат висшите хармоници на тока. Тога-
ва за u*L може да се запише
(7-43)
където L/31) е напрежението върху LK , получено от първия хар-
моник иа входного напрежение.
След преобразуване се получава
я у Q’+l cos (&-(-arc tg • (4-14)
Напрежението върху тиристорите може да се намери от израза
zz*=l-r4K=- *-VQa+l cos (ф-pare tg
За да се намери времето за запУшзаие на тиристорите, този
израз се приравнява на нула:
^а(/з)= * cos (w/a+arctg )=0. (7.45)
След решаването на това уравнение за t3 се получава
2 ~arctS )• (7-46)
За да се определи стойнаегта на Ск, се предполага, че еквива-
лентният последователен кръг нЙШ резонансна честота
I 1 I Re У л-г.к
® _ И). _ ык __ у/ ’ (7.47)
с ск
където Q--=-c'?+c ’
След преобразуване се получава
Ч--'Ц|+ (М6)
където Хсо и A'Lk =€о£к -
Тогава, като се има предвид, че Се(Хе) еизбраното от(7.48),
за Ск се получава
237
с —_____!____
Gk ~1О(ХСО-Хееу
(7.49)
Максималното напрежение върху комутиращия кондензатор
t/a =
Скшах
4 Хс
____ск
it
(7.501
Накрая нека се намерят основните енергийни съотношения, ха-
рактеризиращи работата на инвертора. Входната и изходната мощ-
ност са свързани чрез к. п. д.
Рт ='П7-()/(|,
като при това
= L
(7-51)
След обединяване на двата израза се получава
Р
т
(/.52)
или за стойността на напрежението на захранващия източгик се
получава
Е */л:^"
.2Ч V 2
(7.53)
Като се имат предвид мэведените формули, може да се прело
ръча следнатя последователност на проектиране на инвертора.
Да предположим, че са зададени следните параметри на то-
вара:
1. Изходна мощност Рт.
2. Изходно напрежение U,.
3. Честота f.
4. cos срт.
При това тези параметри могат да бъдат зададени за различ-
ии режими на работа на устройството. Тогава проектирането се
извършва за най-тежкия от тях.
7. Определяне на параметрите на товара
1. Активного съпротивление на товара е
Ят =
cos2cp.r
Рт
238
2. Индуктивного съпротивление се определи по форму лата
1/2 sin 2<рт
II. Определяне на параметрите на еквивалентния товар
За целта се задава коефициентът а. Той може да бъде в
границите 0,8—1,0, така че в най-тежкия режим еквивалентният
товар да има капацитивна реакция или да бъде напълно компен-
сиран. Индуктивният еквивалентен товар не осигурява стабил-
иост на работата на схемата.
3. Еквивалентното активно съпротивление е
R = -
<е ctg2<pT+(1—а)2 -
4. Еквивалентното реактивно съпротивление се намира от из-
раза
а(а-НЛ£>«<рт—1)
Лг—с182фт+(1—«)2 •
5. Намира се необходимата стойност на захранващото напре-
жение
и I Rrv.RT
” 2п у 2
6. Задава се Q-факторът на кръга:
Q>-tg(2K//3).
III. Определяне на стойноапите на комутиращите еле-
мент. и
7. Комутиращата индуктивное? се изчислява по формулата
к 2л/
8. Общият капацитет на инверторния кръг е
9. Стойността на комутиращия капацитет се определи от
г Q 1 ___
К 2*/(*со~*се)
239
г
10. Максималното напрежение върху Ск се определя от (7.50)
s 11. Ефективната стойност на тока през комутиращата индук-
тивност е
__L274£e
2х₽ г
IV. Избор на ти ристори
12. Среден ток през тиристора —
13- Амплитудна стойност на тока —
-
14. Нарастване на тока през тиристора при включване —
i max
15. Максимално право и обратно напрежение —
77й™х =1,271Г07д/ОЧ-1;
t7o6pmax=-l,27£0T] \/Qa+l cos arctg А- -
16. Нарастване на напрежението в права посока върху запу-
щения тиристор —
2М -i,27£>lw •
\иа
17. Време за изключване на схемата —
3 «и 1 2 & Q 1
Тези формули позволяват да се начислят и изберат всички |
елементи на инвертора. Те са общи формули и за другите схем-
ки модификации, само трябва да се имат предвид стойностите
на захраявзщите напрежения, които се подават на инверторния
кръг.
.240
75. РЕГУЛИРАНЕ НА ИЗХОДНОТО НАПРЕЖЕНИЕ В АВТОНОМНИТЕ
ИНВЕРТОРИ
Освен получаването на променаивотокова енергия често от
инверторите се изисква регулиране на изходното напрежение в
голям обхват. Това позволява при изменение иа захранващото
напрежение да се поддържа стабилно изходно напрежение или
при постоянно напрежение на захранващия източник да се регу-
лира стойността на напрежението върху товара в зависимост от
режима на работа иа потребителя. Способността на инвертора
да регулира изходното напрежение позволява да се поддържа
стабилно напрежение при изменение стойността и характера на
товара. Стабнлизацията е частей случай на регулирането и се
осъществява чрез обратна връзка, която е пропорционална на
отклоненисто от зададена номинална стойност. Регулирането на
напрежението е възможно да бъде ръчно и освен това в зави-
симост от честотата, тока на товара и т. н.
В зависимост от мястото, в което се осъществява регулира-
нето иа напрежението в схемата на преобразувателя, са възмож-
ни три случая:
а) регулаторът се намира пред инвертора;
61 регулаторът е разположен след основната схема на ин-
вертора;
в) регулаторът е съвместен с основната схема на инвертора
и принципът на регулиране е основан на принципа на действие
на инвертора.
7 5.1. Регулиране на напрежението на инвертора чрез
изменение на стойността на постоянного захранващо
напрежение
Характерно за този начин на регулиране е, че се запазва
пропорционалвост между изходното и захранващото напре-
жение.
Най прост и разпространен начин на регулиране иа напреже-
нието на инвертора е, ако той се захранва от променливотокова
мрежа чрез управляем токоизправител (фиг. 7.41). Променливото
напрежение се изправя, изглажда се и се инвертира. Като се из-
меня ъгълът на регулиране на ТИ, се изменя средната стойност
на изходното напрежение Ео, което води до изменение на напре-
жението на инвертора «Изх-
При този начин на регулиране ТИ се изчислява по максимал-
но необходимата мощност на изхода. В зависимост от схемата
на ТИ и дълбочината на регулиране в изходното му напрежение
се наблюдава голям процент на висши хармоници и затова е
необходимо на входа на инвертора да се използуват големи из-
16 Тиристорна техника
241
глаждащи филтри. Това увеличава размерите на преобразуватели,
влошава иеговия к. п. д. и увеличава инерционността на регули-
рането. Независимо от това тозн метод е много разпространен, тъй
като е относително прост и освен това ТИ служи и за защита
Фиг. 7.41
на инвертора. Разбира се, напрежението на ТИ може да се 'регу-
лира и чрез изменение на променливото напрежение на ^.мрежата
с променливотокови ключове.
В случайте, когато инверторът се захранва от източник *с
постоянно напрежение (акумулатори, слънчеви". ; батерии и др.),
за промяна на изходното му напрежение може да се използува
тиристорен постояннотоков ключ (фиг. 7.42). р
Постоянного захранващо напрежение Ео се преобразува в им*
пулсно U„, което се регулира чрез ШИМ или ВИМ. Средната
стойност на напрежението на ключа Ео се изменя по определен
закон, зададен от нас, и по него се изменя стойността на изход-
Фиг. 7.42
ното напрежение на инвертора uHSX. В дадения случай в кривата
на изходното напрежение на ключа също както и при ТИ има
голям процент от висши хармоници и затова са необходими го-
леми изглаждащи елементи. Но в дадения случай техните раз-
242
мери могат да бъдат намалени, тъй като работната честота на
ключа може да бъде избрана по-висока от честотата на промен-
ливата съставка на ТИ.
На фиг. 7.43 е показана схемата на управляем преобразува-
тел, в ксйто за регулиране се използува постояннотоков тири-
сторен регулатор. Преобразувателят се захранва от трифазна
мрежа, напрежението на конто се изправя от диодния мост
Д1 — Де. На изхода на неуправляемия трифазен двуполуперио-
ден ТИ се получава напгежение с относително нисък процент
на висши хармоници, така че инверторът е напълно работоспо-
собен без изглаждащи елементи. Но за сигурната работа на клю-
ча е необходим източник с малко вътрешно съпротивление, от
който да се зарежда кондензаторът Ск. По тази причина на вхо-
да на ключа се използува неголям филтър, капацитетът на
който е пяколко (5—8) пъти по-голям от капацитета на Си .LK
се избира от съображения
да намали токовия удар
през изправителните дио-
ди в момента на включ-
ване на преобразуватели.
Характерно за работата
на ключа е, че най-напред
се отпушва тиристорът
7‘2 с цел комутиращият
кондензатор да бъде го-
тов да комутира тока
през 7\ в момента на не-
говото отпушване. По та-
къв начин ключът на вхо-
да може да прекъсне за-
Регулиране
Фиг. 7.44
хранващия ток, ако режимът на
неговият ток силно нарасне още в
ако е предвидена такава защита.
инвертора не е нормален и
момента на включването и
243
Филтровите елементи след ключа изглаждат напрежението му
и осигуряват нормалнага работа на инвертора. Те се избират по
зададени коефициенти на пулсация на напрежението 7/ои ток /0.
На фиг. 7.44 е показана блокова схема на регулиране на на-
прежението на инвертора чрез използуването на волтодобавъчно
устройство, което представлява допълнителен инвертор. Както
се вижда, изходът на допьлнигелния инвертор след изглаждане
е включен последовать лно със захранващия токоизточник. Него-
вото изходно напрежение от своя страна трябва да има възмож-
ности да се регулира, коего може да стане чрез управляем ТИ
на изхода и ли чрез ключ иа входа на инвертора. Явн.з е, че този
начин на регулиране е целесъобразно да се използува при за-
хранващи токоизточпици с ниско напрежение.
7.5.2. Регулиране на напрежението на инвертора
на променливотоковяя му изход
Тъй като напрежението на изхода иа инвертора е променли-
во, най-лесният иачин да се регулира ефективната му стойност е
във всяка фаза да се използуват променливотокови тиоисторпи
* ключове, съединени последователно с товара (фиг. 7.45). Ако
тиристорите са отпушеии през целия пэлупериод на изходната
честота, напрежението върху товара ще бъде равю на иапреже-
нието на инвертора. С увеличаване на ъгъла на регулиране ефек-
тивната стойност на напрежението върху товара намалява.
Този начин е особено ефективен, когато напрежението на ин-
вертора е с право ьгълна форма, тьй като напрежението върху
товара в този случай зависи почти правопропорционално от ъгъ-
ла а, Трябва да се отбележи, че при RL товар е необходимо да
се създаде допълнителен път за затварянс на енергията, натру-
пана в товарната ипдуктиви ют, при запушване на ключа.
Този начин па регулиране в такъв вид не може да се използу-
ва при последователии инвертори, т ьй като в тях, за да е рабо-
тоспособна схемата, е необходимо да протича ток. В тези схеми
съществуват модификации, в конто опосэедствено се използува
антипаралелно включване на тиристори.
Когато за големи мощности се използуват няколко инвертора,
работещи на общ товар, е възможно регулиране чрез изменение
на фазата на напрежечието на единия инвертор спрямо другия.
Обикновено тези инвертори са съединени паралелно по захрав-
ващо напрежение и последователно във веригата на променли-
вия ток (фиг. 7.46). Ако се измени фаза га между импулсите за
управление на двата инвертора, техните изходни напрежения
и [72 се получазат изместени по фаза и върху товара действува
геомегричната сума на двете напрежения. Поради това този на-
чин на регулиране се нарйча метод на геометричното сумиране
244
или векторен метод. Той може да се използува в инверторите
на напрежение. Характерно за него е, че обикновено формата на
сумиращите напрежения е близка до синусоидната и сумирането
се извършва с цел да се регулира основният хармоник на изход-
Флг. 7.45
фиг. 7.46
ното напрежение. Когато се сумират правоъгълни криви на на-
преженията при Ur—U2. регулираието фактически се свеж да до
изменение на нродължителността иа правоъгьлните импулси, от
конто се образува изходното напрежение. Поради това в този
случай е целесъобразно напреженията на изходите на двата ин-
вертора предварително да се формират и да се сумират сину-
соидите.
Най-голяма мощност в случая се получава, когато изходните
напрежения се сумират аритметически, т- е-когато фазовият ъгъл
е равен на нула. Характерно за този начин на регулиране е не-
говата относителна простота и хубавата форма на напрежението
върху товара.
На фиг. 7.47 е показана принципната схема на преобразува-
тел на напрежение за резервно захранване, в който стабилиза-
цията на изходното напрежение се осъществява чрез метода на
геометричното сумиране. Вижда се, че схемата се състои от два
инвертора иа напрежение със средна точка на инверторния транс-
форматор. Вторичните намотки на тези трансформатора са свър-
зани последователно. Посредством общата СУ, която се състои
от СУ на двата инвертора, се осъществява регулиране на изход-
ното напрежение благодарение на това, че импулсите на единия
инвертор се подават със закъснение по отношение на УИ на Дру-
гия. На практика изходното напрежение на всеки инвертор ё
предварително филтрирано, след което става сумирането нм.
Регулираието на изходното напрежение при инверторите на
ток може да стане с управляем ТИ, включен към изхода на ин-
вертора със своя променлпвотоков вход и към захранващия из-
точник със своя постояннотоков изход (фиг. 7.48). Принципът на
245
регулиране се състои в следиото. От блоковата схема на фиг.
7.48 се вижда, че изходното напрежение на инвертора не може
да бъде по високо от захранващото; ахо ТИ беше неуправляем.
Например при намаляване на товара изходното напрежение ще се
Фиг. 7.48
Фиг. 7.47
ь
увеличи, обратният ТИ ще се отпуши и по-нататъшното намаля-
ване на товарния ток няма да влияе на напрежението на инвер-
тора, което остава постоянно. Това ниво па изходното напреже-
ние при постоянно захранващо Ео в случая на управляем Ти
може да се регулира плавно (прекъсваните прави на фиг. 7.49)
чрез промяна на ъгъла на регулиране а на тиристорите на ТИ.
Дроселите ЬТи намаляват изкривяванията на формата на из-
ходното напрежение, тъй като чрез обратния ТИ се регулира
средната стойност на изправеяото напрежение, а не моментните
стойности на изходното напрежение на инвертора. Ако за за-
хранващ източник на инвертора служи ТИ, в който има дросел
246
Фиг. 7.50
СТц, необходимо e на изхода на ТИ да се постави кондензатор
с голям капацитет. Освен това при липса на дросела Ьти прехо-
дът между хоризонталния и падащия участък във външната ха-
рактеристика не е рязък, тъй като обратният ТИ работи в пре-
къснат режим.
Недостатък на дадения начин на
регулиране е голямата инсталирана
мощност на силовите елементи на
инвертора, тъй като при работа с
малки ъгли а обратният ТИ се то-
вари силно.
Зависимостта на товарного на-
прежение от ъгъла на запушване
5 в инверторите на ток може да
се използува за регулиране на него-
вото напрежение. Този ъгьл ориен-
тировъчно е равен на фазовия
ъгъл <р между първия хармоник на
изходнияток и синусоидного напре-
жение върху товара. По такъв на-
чин изходното напрежение може
да се регулира чрез изменение
на ъгъла <р. Неговата стойност за-
виси от параметрите на товара и
комутиращите кондензатори. Тъй като товарът обикновено е за-
даден, то ъгълът <р може да се изменя чрез промяна на капаци-
тетите на комутиращите кондензатори. При увеличаване на капа-
цитета се увеличава 3 и следователно става увеличаване на из-
ходното напрежение (7.10). Но този начин на регулиране има
сериозни недостатъци, тъй като изисква контакторна апаратура,
вследствие на което процесът на превключване става много инер-
ционен и се появяват Скокове в напреженията и токовете на ин-
вертора.
Като продължение на описания начин на регулиране може да
се използува регулирането на изходното напрежение чрез изме-
нение на резултантната индуктивност на товара. Този начин мо-
же да се смята като противоположен на предишния, тъй като
капацитивната съставка на пълния товар трябва при всички слу-
чаи да преобладава над индуктивната, Затова всяко изменение
на последната означава противоположно изменение на величината
на капацитивната съставна на реактивната мощност. Това изме-
ня момента на прехода на кривата на изходното напрежение през
ну лата, т. е. ъгъла <р. Затова например при нама ляване на до-
пълнителната индуктивност, включена паралелно на товара, из-
ходното напрежение на инвертора на ток също ще намалява.
Този начин е получил най-широка практическа реализация
247
чрез използуването на индуктизно-тиристорен регулатор, конто
се състои от индуктивност L, включена към изхода на автоном-
ния инвертор през антипаралелно съединените тиристори 7\ и 7‘2
(фиг. 7.50). Като се регулира ъгълът на отпушване на тиристо-
рите, се изменя еквивалентната индуктивна; проводимост на регула-
тора. Явно е, че тя ще бъде по-голяма при малки ъгли на от-
пушване на тиристорите.
Огвен това изменението на допълнителната индуктивност на
товара може да стане и чрез подмагнитване на специални реак-
тори, включени паралелно на товара.
7.5.3. Широчинно-импулсно регулиране на изходното
напрежение на инверторите
Много широко разпространен метод за регулиране на изход*
ното напрежение на инверторите на напрежение е ШИМ. При
това се има предвид възможността тиристорите да могат да се
включват и изключват във всеки желан от нас момент. За обяс-
Фиг. 7.51
Фиг. 7.52
няване на начините на регулиране чрез ШИМ ще се използува
схемата на еднофазен инвертор на напрежение със средна точка
на захранващия източник (фиг. 7.51). Има се предвид, че тири-
сгорите са напълно управляеми и комутационните им вериги не,
са показани. За по-лесно изясняване на процесите се предполага
че товарът е чисто активен.
На фиг. 7.52 са показани УИ на двуоперационните тиристори
и формата на изходното напрежение щ. От кривите на напре-
жението върху товара се вижда, че регулирането на ефективната
стойност на напрежението става чрез изменение на продължител-
ността на провеждане на тиристорите Т\ и 7’2. Колкото ъгълът
на проводимост к е по-малък, толкова по-малък е и основният
248
харКюник на напрежението. При това обаче силно се изменя
съотношениёто между освоения и висшите хармоници на напре-
жението. Характерно за този начин на регулиране е. че за един
период на изходното напрежение тиристорите се отпушват и за-
лу шват само един път.
Фиг. 7.53
Съдържанието на висшите хармоници в кривата на товарного
напрежение може да се намали силно пэ пътя на многократного
отпушване и запушване на тиристора в провэдящата част на пе-
риода. Регулирането на изходното напрежение тук се осыцествя-
ва за сметка иа изменението на вродължителността на ВЧ им-
пулси, конто се пропускат през всеки тиристор през един полу-
период на изходното напрежение на инвертора. Това става чрез
съответно изменение на фазовия ъгъл между отпушвагция и за-
пушващия УИ на всеки тиристор. На фиг. 7.53 са показани УИ
на тиристорите и формата на напрежението върху товара. При
този начин на регулиране съдържанието на висшите хармоници
се определи от честотата на следване на импулсите. Ако тази
честота е достатъчно высока, съдържанието на нисши хармоници
е минимално, а висшите лесно се филтрират. По този начин на
регулиране може да се избере такава дължина на импулсите,
при която нисшите хармонични да са почти сведени до пула.
Още по-голямо увеличаване на първия хармоник на напреже-
нието върху товара може да се получи, ако се променя про-
дължителността на ВЧ импулси през всеки полупериод по сину-
соиден закон. Такава модулация може да бъде еднополярна (фиг.
7-54 а) и двуполярна (фиг. 7.54 б)- Регулирането на напрежението
при еднополярната модулация става в резулгат на промяна на
паузите между импулсите в един полупериод, което се постига
чрез схемите за управление.
249
При двуполярната модулация сумата от дължините на поло-
жителните и отрицателните импулси в един период е винаги ед-
на и съща. Максималното изходно напрежение в този случай се
получава, когато разликата в дължините на импулсите във всеки
Фиг. 7.54
период е най-голяма. Регулирането се осъществява чрез съответ-
ното изменение на фазовия ъгъл между отпушващите и запущ-
вашите импулси.
Разгледаните принципи на ШИМ за показаната на фиг. 7.51
схема не са толкова прости, ако товарът има активно-индукти-
вен характер, тъй като през време на паузата в напрежението
върху товара трябва да се намери път за разсейване на индук-
тивната енергия. По тази причина нека обясним по какъв начин
могат на практика да се осъществяват методите на ШИМ в
мостовин ИН, показан нафиг. 7.11, при активно индуктивен ха-
рактер на товара.
Нека процесите в схемата са се установили и за положителна
посока на напрежението върху товара се приема посоката, кога-
то са отпушени и провеждат тиристорите 7\ и Tv При това по-
ложение отрицателните импулси ще се формират при провеждане
на 7 а и Паузите в напрежението върху товара се получават,
когато в горната или долната част на схемата провежда един
тиристор от едното рамо на моста и диод от другого рамо. По
този начин товарът се оказва включен накъсо през тиристора и
диода, при което в напрежението му се получава пауза. Едно-
временно с това има път и за индуктивния товарен ток. Нека се
обясни например по какъв начин се получава многократната ед-
нополярна модулация. Допуска се, че са отпушени тиристорите
7\ и Т2 и токът да протича от т. а кьм т. б. В момента, кога-
то трябва да се получи пауза в товара, се запушва тиристорът
250
1\- Тогава се образува следният път за преминаване на товар-
ния ток: ZT, Д3 и 7\. Диодът Д3 и тиристорът Тt фактически
дават товара накъсо. Прн подаване на отпушващи импулси на
7‘а върху товара отново се подава положителен импулс на на-
прежение. По-нататък в този полупериод процесите се повта-
рят. В другия полупериод провеждат 7‘3 и Т’4. В началния интер-
вал товарният ток все още не е променял посоката си-
Тогава паузата се образува, като се отпуши 7\, а се за.
пушва Т'4 и товарният ток се затваря през ZT, Т3 и Тг. И след
това отново се отпушват Т3 и Tt. Щом товарният ток прэмени
посоката си и започне да протича от т. б към т. а, паузата в
напрежението върху товара се обоазува чрез запушване на ти-
ристора 73. Токът протича през Zr, 7~4 и Д2. По-нататък про-
цесите се повтаг ят. Разбира се, през първия полупериод пауза
ще се получи и при запушване на 7\, а през втория — при за-
пушване на 7'4.
Явно е, че не е трудно да се получи всеки вид модулация чрез
отпушване и запушване на тиристорите на инвертора в съотве-
тен момент.
Изходното напрежение се анализира на основата на хармонич-
ното разлагане. И»борът на начина на регулиране се определи от
изискванията на товара. Повече сведения по този въпрос читате.
лят може да получи от [2, 8, 20, 30, 33, 48, 59, 65].
251
ГЛАВА 8
ИМПУЛСНИ УСТРОЙСТВА С ТИРИСТОРИ
Наличието на участък с отрицателно съпротивление във ВАХ
на тиристорните структури им позволява да намират широко
приложение в импулени схеми и устройства. Фактът, че основни-
те състояния на тиристора са „изключено" и „включено" и че пре-
минаването му от едното в другото състояние става с малка уп-
равляваща мощност, го определят като идеален ключов елемент с
големи коефициенти на усилване по мощност. Благодарение на
тези качества различимте модификации на тиристорите се изпол-
зуват в много импулени устройства. Тук основного внимание ще
бъде объонато на относително маломощни схеми, макар че по
принцип те могат да бъдат и мощни.
8.1. ОСОБЕНОСТИ НА ТИРИСТОРНИТЕ КЛЮЧОВЕ
При проектирането на импулените устройства е необходимо
да се знаят параметрите на активния ключов елемент, т. е. токът
и напрежението в запушено и отпушено състояние (това са ко-
ординаторе на работната точка) и скоростта на преминаване от
едното в другото състояние.На фиг. 8.1 ае показана схемата на
включване на диодния тиристор с товар и неговата ВЛА" с въз-
можни положения на товарната права (фиг. 8.1 б). В зависимост
от стойностиге на захранващото напрежение Еа и съпротивление-
то са възможни четнри положения на работната права. От
фиг. 8.1 а може да се запише
иа=Еи-1аВт. (8.1)
Зависимостта £7а(/п) е линейна. Координатите на правата ли-
ния се определят лесно и са (/0 =0; Ua =Е0' и (Ua=0‘, 1а=^а ) •
Линията 1 съответствува на режима на работа на тиристора с две
устойчиви състояния, като точка а1 отговаря на занушеното съ-
стояние на тиристора. В това положение тиристорът може да
остане безкрайно дълго време, докато управляващото въздейст-
вие не измести ВАХ на тиристора наляво по товарната линия 1,
така че работната точка през неустойчивого състояние 2j ще пре-
мине в ново устойчиво положение — точка Ьг. След това тири-
сторът остава във включено състояние в целия обхват на изме-
нение на анодното напрежение и анодния товар, докато работната
252
точка bx не се спуске по-ниско от точката /изкл. Това състояние
се запазва и при премахване на управляващото вьздействие, тъй
като вътрешната ПОВ в многослойната структура я поддържа в
отпущено състояние. Когато анодиият ток спадне под стойност-
Фиг. 8.1
та /1|1КЛ> тиристорът се запушва поради нарушаване на условието
ap-f-a.,^1. Този режим се използува във всички устройства, къ-
дето тиристорът играе роля га на ключов елемент със запомняие
на входная сигнал. От правата 1 могат да се получат яапрежи-
телните и токовите параметри на импулса, който се получава при
даденяте стойности на Еа* R* н ВАХ- От фиг. 8.1 б следва, че
амплитудата на напрежението на импулса е ((/aai—а на тока
1ааУ За импулсната техника е необходимо да се знае ста-
билността на параметрите на импулсите в зависимое! от измеие-
нието на външните условия: температура, облъчване, охлаждане
и т. н. Обикновено тези влияния се указват в справочниците.
Когато товарного съпротивление е достатъчно голямо, накло-
нът на работната права става толкова малък, че тя започва да
пресича ВАХ на тирисюра само в една точка. На фиг. 8.1 б това
е правата 2. При подаване на достатъчен по мощност управляващ
сигнал тиристорната структура ще се включи и работната точка
ще се премести от точка в точка с2. Но тъй като анодиият
ток е по-малък от тока на изключване, при премахване на уп-
равляващото въздейсгвие тиристорът се изключва и работната
точка се връща в а2. В този режим тиристорът има памет. Ре-
жимът се нарича „режим на недостатьчен аноден ток“ и е ха-
рактерен за високоомен товар.
При увеличаване на анодното напрежение товарната права 2
преминава в правата 3 (фиг. 8.1 б) Тя пресича ВАХ в точка 83
253
на участъка с отрицително съпротивление. Като се изменя силата
на управляващия сигнал, може да се изменя стръмността на от-
рицателня участък. Този режим е характерен за високоомен ано-
ден товар и големи анодни напрежения и се използува в усил-
вателни и генератории схеми.
Съществува още едно възмсжно положение 4 на товарната
права, когато тя пресича ВАХ в една точка Ь4 на участъка с ви-
сока проводимост. В този режим тиристорът работи като обикно-
вен диод и засега практическо приложение не е намерил.
От разгледаните случаи най-широко разпространение е полу-
чил режимът, при който товарната права пресича ВАХ на тири-
стора в три точки (права 7 на фиг. 8.1 б). Основните условия за
правилната работа на тиристора в този режим са:
и а <(/вкл, (8 2)
(7а>(/вкл(7у), (8.3)
където (Акл (/у) е напрежението на включване п и нодадения уп-
равляващ ток /у.
Условие го (8.2) осигурява запушено сьстояние иа тиристора
(при , по малко от допустимого), условието (8.3)—сигур-
ното превключване от запушено в отпущено състояние, а (8.4) —
съхрачяване на отпушеното състояние след премахването па уп-
равляващия сигнал. Параметрите на ВАХ зависят от температу-
рата и тона трябва да се има предвид при изчисляването на клю-
човете с тиристори. 1!а първия участък от ВАХ тази зависимост
оказва влияние на обратния ток на прехода /72 и на тока на
включване на тиристора Обратният ток на ценгралния преход се
увеличава при повишаване на температурата. Възможно е този ток
да се увеличи 100 пъти. Теоретичного описване на тази зависи-
мост е сложно, затова при проектиране се използуват експери-
ментални графики. На фиг. 8 2 е показан характерът иа зависи-
мостите на тока на утечка в права посока от анодното напреже-
иие и температурата (фиг. 8.2 а) и от управляващия ток и тем-
пературата (фиг. 8.2 б) за маломощен тиристор. Тези зависимости
показват, че тиристорите могат да се използуват като управля-
еми съпротивления.
На фиг. 8-3 е показана зависимостта на тока на включване на
маломощен тиристор от температурата Ходът на кривата може
да се обясни със зависимостта на коефициентите а от 7‘°.
Особеностите на запушеното състояние се отнасят за всички
видове тиристори — диодни, обикновени, двусперационпи, фото-
тиристори и т. н. — и се състоят в начините за отпушване и эа-
254
пушване. Никои от тези конкретни особености са разгледани в
гл. 1 и 2. а също така в гл. 9.
Като полупроводников прибор тиристорът по своите ключови
свойства може да бъде сравнивай с транзистора. Може да се ка-
же, че с последимте разработки на маломощни и микромощни
двуоперационни тиристори четирислойките прибори с успех ксн-
курират транзисторите в ключовите схеми. Те се разпространиха
в ннтегралните схеми, тъй като технологията им на изготвяне е
съвместима с тази на ИС.
Особеностите на ключовете с ДОТ се определят основно от
характеристиките на приборите, а именно тяхната способност да
се запушват по УЕ. Тъй като за управление о на ДОТ се из-
ползуват разнополярни импулси, диодната връзка към УЕ е из-
ключена.
На фиг. 8.4 е показана електрическата схема на ключ с ДОТ,
в който отпушването и запушваието на приборите ставит от раз-
личии източници на сигнал (ДГ1, ДГ2 — схема с разделно управле-
ние). Естествено е, че полярността на тези импулси е различна,
а параметрите им се определят от входните и изходните харак-
теристики на приборите.
На фиг. 8 5 е показана схемата на ключ, който се управлява
чрез диференциращата RC трупа. Входвият импулс се диферен-
цира и предният му фронт отпушва тиристора, а задният фронт
го запушва. Положителното качество на такова управление е, че
са необходим!! еднополярни управляващи импулси, а недостатък,
че продължителността на изходния импулс се определя от про-
дължителноста на входния.
Схемата на ключ с катоден товар е показана на фиг. 8.6 а.
библиотека) а
Тодор ’Jc'pxu'K /
Характерно е, че ДОТ се изключва чрез замасяването на исговия
управляващ електрод. При включване на /< в положение 1 про-
тича ток от захранващия източник и отпушва тиристора. При то-
ва напрежението на неговия катод се повишава до Еа и проти-
чането на управляващ ток се прекратява. По този начин УЕ се
защитава от претоварване. При превключване на К в положение
2 преходът /73 се шунтира от резистора R,u, коефициентът му
«а предаване ал(/) се намалява и ДОТ се запушва. Протичането
на тока на запушване се определи от времето на запушване па
тиристора.
Фиг. 8.6
Фиг. 8.5
На фиг 8.6 б е показана схема 1 реализация на ключ с като-
ден товар и управление чрез транзистор. Когато транзясторът Т
е запушен, на неговия колектор има висок потенциал, през
протича ток и ДОГ се включва. Когато вьншнияг сигнал отпуши
256
транзистора, се оказва спързан към маса и тири'.торът се
запушва.
Както се вижда, този начин на управление на ключовете с ДОТ
има големи предимства. тъй като не изисква разделни управлява-
щи източници и реактивни елементи. Освен това чрез него се
разширяват функционалните възможности на ключа.
Ключът с катоден товар има съществени различия от ключа
с товар в анодната верига. Основната разлика е във входната
верига, тъй като товарът се намира във веригата на управлява-
щия ток и по този начин същ -ствено влияе на неговата стой-
ност. От друга страна, по този начин отпада необходимости от
ограничаващи съпротивления (/?Г1 и /?г., на фиг. 8.4), което опро-
стява схемата. Това обстоятелство обаче усложнява пресмятането
на входната верига, тъй като с промяната на товара се изменят
и параметрите й. В процеса на включването на тиристорната струк-
тура върху товарного съпротивление възниква отрицателна об-
ратна връзка, която пэечи на включването му. По този начин се
нодобрява и шумоустойчивостта на схемата.
Запушването на тиристора в схемите с катоден товар зависи
от стойността на съпротивлението 7?ш. Колкото по-голям е токът
през прибора, толкова помалко трябва да бъде това съпротив-
ление
В ключовете с аноден товар веригата за управление и товарът
са галванично развързани. Затова влиянието иа управлявания им-
пулс се проявява само в скоростта на включване на тиристора и
оттам на предния фронт на импулса.
В ключовете с катоден товар на предния фронт на изходния
импулс влияе и формата на управляващия сигнал, тъй като то-
варного съпротивление се намира във веригата на управляващия
ток. Освен това включването на /?ш праралелно на товарного съ-
протинление при запушен тиристор измени входннте характерис-
тики на ключа и позволява да се намалят рязко токовете на
утечка през товара, с което се подобряват свойствата на тирис-
тора като ключ.
Динамичните характеристики на ключовете с ДОТ силно за-
висят от схемите на включване на тиристорите, параметрите на
входните сигнали и товарния ток.
Времето на включване съществено зависи от стойността на
управляващия ток. Колкото по-голям е той, по-малко е времето
на включване. По същия начин в определени граници зависи вре-
мето на включване от товарния ток.
Може да се приеме, че времето на запушване е от същия по-
рядък, както и времето за отпушване (Дш)- Това позволява да се
определи максималната честота на превключване иа ключа:
___1----,
^отп +
17 Тиристорна техника
257
която в зависимост от параметрите на схемата може да бъде над
100 kHz (/„ -— продължителност на импулса).
8.2. ТИРИСТОРНИ ТРИГЕРИ
Добрите ключови свойства на тиристорите позволяваг да се
строят тригерни устройства, които, както е известно, имат две
устойчиви състояния. Съществуват разнообразии модификации на
тиристорни тригери, но тук ще бъдат разгледани само никои ос-
иовни схеми.
Фиг. 8.7
На фиг. 8.7 а е показана принципната електрическа схема на
тригер с разделно управление, изпълнен с диодни тирисюри. Пус-
ковите сигнали с отрицателна полярност се подаваг на Вход 1 и
Вход 2 и по такъв начин създават допълнително анодпо напре-
жение върху Д1\ и ДТ\, които при правилно оразмеряване на
схемата се отпушват. За да се получи тригерен режим на работа,
необходимо е да се осъществи условието товарните прави на
двата ДТ да пресичат ВАХ в три точки (условия 8.2 и 8.3, 8.4).
Нека се предположи, че при включване на захранващото напре-
жение Еа двата тиристора са запушени и напрежението на двата
изхода е примерно еднакво, равно на Еа (пренебрегва се токът
на утечка), а напрежението за кондензатора Ск е равно на нула.
При подаване на управляващ сигнал на един от входовете,
например на Вход 1, с амплитуда Z7y, не по малка от
UBKn-Ea, (8.5)
ще се включи ДТ\.
През времето на действието на 1/у диодът Дг (Д^ се включ-
258
ва в обратна посока и по такъв начин осигурява голямо входно
съпротивление на схемата.
С отпушването на ДТг кондензаторът Ск се зарежда през ре-
зистора /?2, Д7\ и А до ниво -Еа • Когато кондензато-
рът се зареди, тригерът се оказва в първото устойчиво състоя-
нне — Д1\ е отпушен, а ДТ2 — запушен. Тогава потенциалът на
първия изход Ппзх^О, а на втория Ёкз^Еа.
Когато се подаде управляващ импулс на втория вход Вх 2, се
отпушва ДТ2. При това върху ДТ\ се подава обратного напре-
жение на кондензатора Ск и той се запушва, а кондензаторът се
презарежда през ДТ2, Д2 до ниво Еса}^Еа. Щом завърши
презареждането на кондензатора, тригерът заема второто си ус-
тойчиво състояние, при което t7,I3X2^0; Un31i^Ea.
От разгледаните процеси се вижда, че честотните възможно-
сти на тригера се определят главно от скоростта на презарежда-
не на комутиращия кондензатор Ск. Времето за презареждане на
този кондензатор при условие; R±=R2=R е
/З.р~3,7 т^.3,7 CKR. (8.6)
Ако се вземе предвид и времето за включване на ДТ
продължителността на превключване на тригера се оказва
Дф^-^зар _кЛ>.нл’:-;3,7 CKR-\-tвкл*
За да бъде работоспособна схемата, е необходимо интервалът,
през който върху ДТ се подава отрицателно напрежение, да бъде
достагъчен по продължителност, за да осигури запушването на
ДТ. Затова е необходимо да се изпълнява условието ts<0,7CKR.
Изборът на елементйте на схемата се определи основно от
стойността на товарного напрежение и ток. Захранващото напре-
жение Еасе избира с около 10% по-голямо от амплитудата на
изходното напрежение, а диодните тиристори и диодите трябва да
издържат тока на товара. Тиристорите трябва да бъдат сигурно
запушени в първоначално състояние. Обикновено амплитудата на
управляващите импулси е равна на Еа. Стойността на Ск се опре-
деля основно от условията за сигурно запушване на тиристорите
през време на превключването на тригера- По такъв начин често-
тата на изходното напрежение зависи най много от времето за
запушване на тиристорите.
На фиг. 8.7 б показана схемата на тригер с ДТ, който има
общ вход, но се управлява с разнополярни импулси. Както се
вижда, принципът на
в статичен режим за
па двата входа се е
диода и тиристора в
противления на двете
рицателните импулси
действие и условията на нормална работа
двете схеми са идентични. Обединяването
получило благодарение на разместването на
едното рамо. По този начин входните съ-
рамена на схемата за положителните и от-
са станали много различии. При подаване на
259
положителен импулс Дг е отпушен и управляващото напрежение
изцяло попа ла на анода на ДТ2 и той се включва, а Ск се зареж-
да до съответното напрежение. Отрицателнпят управлзващ им-
пулс отлушва Д7\ по начина, разгледан в предишната схема.
в сравнение с разгледаните схеми са главно
Като се използуват осо-
беностите на управлением
на обикновените тиристори,
може да се построй тригер
с разделно управление по
с । щия начин, както е на
фиг. 8.7.
Принципът на действие и
условията за статичен ре-
жим няма да се отличават.
На фиг. 8.8 е показана
схемата на тригер с броячен
вход с обикновени тиристо-
ри. Тя има много общи не-
ща с обикновения транзисто-
рен тригер и особеностите й
по отношение
на
входната верига.
При затварянето на ключа К се отпушва тиристорът 1\ и на
Изход 1 се установява нулев потенциал. Кондензаторът Ск се
зарежда през R2 и 7\ до напрежението на захранващия източник.
Когато на входа се подаде управляващ сигнал, той попала на УЕ
на Т2 през диода Д2 и кондензатора С.2 и отпушва тиристора 7'2.
Кондензаторът Ск запушва тиристора 7\ и на Изход 2 се уста-
новява нулев потенциал, а на Изход 1 — Еа. Кондензаторът Ск
се презарежда в обратна полярност по веригата Rr, Ск, Т2 до на-
прежение Ucma^'-^Ea Така се установява второто устойчиво съ-
стояние на тригера. При следващия импулс се отпушва Тг и се
запушва 7'2. така че схемата се връща в пързоначално състоя-
ние. Козденза горите Ct и С2 освен за диференциране на управ-
ляващите импулси заедно с резисторите R3 и /?4 служат за за-
помтяне на състоянието на схемата. Когато 7\ е отпушен, кон-
дензаторът Сг се зарежда през рез стора Ro до напрежение, при-
мерно равно на Еа с плюс на дяената си плоча. По такъв на-
чни угюавлявашият импулс не може да попа дне на УЕ на Тг.
Предназначенчето на резнегорите Т?5 и 7?в е да предотвратят
шунтираяето на управляващите импулси от яроводящите рамена
на тоигера.
Тригер с един ДОТ е показан на фиг. 8.9. При подаваме на
положителен импулс тирисгоръг се отпушва и на изхода се ус-
тановлен нигък потеицизл Преобрыцанего на схемата става при
подавше .а отрицателен имлулс, който запушва тиристора. Дио-
260
дът има предназначението да отстрани шунтирането на запуш-
ващия сигнал от останалата част от схемата. Допълнителният из-
точник' Еу стабилизира запушването на тиристора. Веригата R3,
Д2, С е предназначена да новиши устойчивостта на тригера към
външни смущения.
Условията за влючването на
ДОТ не се отличават от тези при
обикновения тиристор. За да се
запуши ДОТ, в схемата е необ-
ходимо да се изпълни следното
условие:
^3 ^ВХ_
Ях+ 61 х шах
където гьх твх е максималното вход-
но съпротивление
на ДОТ при за-
пушване ;
tu вх — продължителността на входния запушващ импулс;
/т — товарният ток.
83 МУЛТИВИБРЛТОРИ
Наличието във ВАХ на тиристорите на прагово анодно и
управляващо напрежение на отпушване позволяват с тях да бъ-
дат конструирани генератори на правоъгълни импулси. Те могат
да работят, както и при транзисторните схеми, а автогенераторен
и чакащ режим.
На фиг. 8.10 а е показана елементарна схема на чакащ мулти-
вибратор с един тиристор. Ди.грамитс на токовете и напреже-
нията в схемата са показани на фиг. 8.10 б.
Параметрите на схематз Еа и R са избрани така, че в изход-
но състояние тиристорът Т е запушен. При това кондензаторът
С се е заредил до напрежение, приблизително равно на 4-Да.
След подаването на управляващ импулс тиристорът се отпушва,
като на фиг. 8.10 б са показани характерните етапи на формира-
не на изходния импулс. Интервалът —13 е етапът на задържа-
не, който за маломощните и микромощните тиристори е минима-
лен. През tl—t2 тиристорът се отпушва и се формира предният
фронт на изходния импслс. При отпушен тиристор кондензаторът
С се оказва свързан с маса през Т и започва да се разрежда
през /?т по експоненциален закон. Когато напрежението на С спад-
не до определена стойност, конто съответствува на тока на из-
ключване на Т, тиристорът се запушва (това е моментът /4),
през него протича малък обратен ток и кондензаторът С отно во
261
започва да се зарежда по веригата Еа, R, С, RT. Схемата ще
бъде готова отново за задействуване в t5, когато С се зареди
примерно до Еа. Може и да не се изчаква зареждането до Еа,
но тогава изходното напрежение ще има по-малка амплитуда
ОТ Еа •
Фиг. 8.10
От изложения принцип на действие се вижда, че при съотве-
тен избор на елементите на схемата и управлението този мулти-
вибратор мо.те да бъде конструиран и с диодни тиристори, фото-
тиристори, ДОТ. Особености на запушването на ДОТ са позволили
да се използуват характеристиките на запушване по УЕ. На
фиг. 8.11 са показани схеми на чакэщи мултивибратори на ДОТ
с един (фиг. 8.11а) и два (фиг. 8.11 б) изхода. Принципът им на
действие се състои в следното.
До подаването на У И (фиг. 8.11 а) схемата е в състояние на
покой (тиристорът е запушен). Положителният импулс отпушва
ДОГ и към товара RT се подава напрежението на източника
Еа- Кондензаторът С се зарежда през с полярност, показана
на фиг. 8.11а Когато негшото напрежение достигне до стой-
ността на пробивното напрежение на ценеровия диод Д, се включ-
ва тиристорът Г2. При това се запушва Ти тъй като на неговия
УЕ се подава отрицателно напрежение. Кондензаторът С се раз-
режда през управляващия преход на ДОТ и през Т примерно до
нула и схемата се връща в първоначално състояние.
В изходното състояние на мултивибратора от фиг. 8.116 ти-
ристорът Ti е запушен, а — отпущен. Следовително на Изход
1 има висок потенциал, а на Изход 2— нисък. При това поло-
жение кондензаторът С\ е зареден до напрежение Uc^Ea —Уц
с полярност, показана на фиг. 8.11 б (Г/д е напрежението на ста-
билизация на ценеровчя диод Д). При управляващ импулс се
отпушва 7\ и се запушва Т2, тъй като върху неговия управляващ
2 >2
електрод се подава обратното напрежение на кондензатора
Следователно в този интервал от време на Изход 1 се установя-
ва нисък потенциал, а на Изход 2 — висок. Това състояние иа
схемата се поддържа, докато UCl е по-голямо от напрежението
Фиг. 8.11
на стабилизация на ценеровия диод. Кондензаторът постепенно
се разрежда през 7?3, а С.2 се зарежда през АФ... Когато Сг се
разреди до Uz на ценеровия диод, схемата се преобръща — включ-
ва се Т2 през веригата R3Clt а напрежението на С2 се подава с
обратна посока на УЕ на Тг и го запушва. С2 се разрежда през
/?2 на УЕ на Тг.
Продължителността на формирания импулс в тази схема може
да се определи от израза
Л, = А’3С11п
(8-7)
2£в-С/С1
При изменение на режима на тиристорите схемите на чакащи-
те мултивибратори могат да работят в автогенераторен режим.
На фиг. 8.Г2 а е показана проста схема на мултивибрагор с
един диоден тиристор. Условията за правилна работа на схемата
се определят от стойностите на Ея, Ra, С, R?. В общ вид те с а
следиите:

(8-8)
(8.9)
При изпълнение на тези условия товарната права пресича ВАХ
на тиристора в една точка на участъка с отрицателно съпроти-
263
вление (фиг. 8.1 б). Когаго се зададе захранващо напрежение, ти-
ристорът е запушен и кондензаторът С започва да се зарежда с
времеконстанта тг= аС. Когато напрежението върху тиристора
достигне до нивото 1/ЕКЛ, той се отпушва и С се разрежда през
Фиг. 8.12
/?т с времеконстанта та=С/?т • Тъй като, напрежението
' на кондензатора намалява и достига до стойност £7ИЗКЛ. при коя-
то тиристорът се запушва и отново започва зареждането на С.
Интервалът от време, през който е запушен тиристорът, мо-
же да се определи по формулата
tn In
Е,
Е —U
'-‘а ^вкл
(8.Ю)
а продължителността на отпушеното състояние на тиристора при
условие, че кондензаторът С се разрежда по експоненциален за-
кон през RT,е
Еа ^вкл
tu ~CR2 In -Ф------. (8.11)
° _/
Д»! изкл
Амплитудата на изходните импулси е [7тах==«(/вкл > а на нзход-
/^вкл
тах^—Ъ-----------------
В дадената схема импулсите имат трионообразна форма. 3®
получаването на правоъгълна форма вместо кондензатор се из-
ползуват специални формиращи групи.
Принципната електрическа схема на мултивибратор с капаци-
тивна връзка, построен с ДОТ, е показана на фиг. 8.12 б. По
външен вид тя е аналогична на съответния транзисторен вариант.
264
Ако елементите на лявата и дясната половина на схемата са ед-
накви, параметрите на изходните импулси ще бъдат също иден-
тични и схемата става симетрична. По-разпространен е несимет-
ричният й вариант.
Принципът на действие на схемата се състои в следното. При
включване иа захранващото напрежение Е едновременно започ-
ват да се зареждат кондензаторите Ср С2, С3 и С4 по съот-
ветните вериги. Благодарение на диодите ДА и Д2 през този ин-
тервал от време С3 и Ct са „откъснати" от УЕ на тиристорите
и те не могат да се отнушат. Затова за включването им основ-
на роля ще играе зарядът на Сг и С2. Нека се предположи, че
времеконстантата на заряда на (Tj = C|Rt) е по-малка от т2=
— CzRt2- Това означала, че напрежението на по бързо ще до-
стигне до напрежението на пробива на ненеровия диод Д3 и по-
веригата Дя—Из ще протече управляващ ток за Т\, от което той
ще се отпуши. Това означава, че на Изход 1 се установява нисък
потенциал, а на Изход 2 — висок. Това състояние на схемата ще
се задържа до момента, в който напрежението на кондензатора
Сг достигне до стойността на пробивною напрежение на Д4, и се
включва Т2. Тъй като в момента на включване кондензаторът С4
е бил зареден до напрежение, примерно равно на Е с полярност,
показана на фиг 8.12 б, върху УЕ на 7\ се подава отрицателно
напрежение и той се запушва Тогава на Изход Ice установява ви-
соко напрежение, а на Изход 2—ииско. Кондензаторът С3 се за-
режда през Я т и До напрежение Еа, а С4 се разрежда през
Д’2 до нула. Същевременно Сх започва да се зарежда през /?т,
и когато неговото напрежение стигне до необходимата стойност,
тиристорът 7\ се включва и процесите в схемата се повтарят.
При симетрична схема периодът на повторение на импулсите
се определя от израза
р _ и Е — U
Т?гС21п ар (8-12)
където ил, и £/д, са напреженията на стабилизация на ценерови-
те диоди Д3 и Д4.
8.4. БРОЯЧИ
В общ вид блоковата схема на брояч с тиристори е показана
на фиг. 8.13. Тя не се отличава от аналогичните схеми, изпълне-
ни с други дискретни елементи: транзистори, тиратрони и т. н.
Различието се състои в самото построяване на отделяйте брояч-
ни клетки, което се определя от конкретните особености на тири-
сторите като ключови елементи. В блоковата схема се предвиж-
2&5
да формирэвател на импулси, чрез кой го се осъществява в>ъзка
между входния сигнал и първата клетка. Броенето се извършва
в клетките, съединени с веригите за връзка-
Тиристорпите броячи на импулси могат да се класифицират
фиг. 8.13
по броя на активните елементи в един разред на брояча (с един
или Два тиристора); по ’-амина на евързване на тиристорите в
двоичната клетка (с последозателно и парачелно евързване), по
логическите възможности (с един или два потенциални изхода от
всека разред), по вида па веригата за връзка (с RC и с транс-
форматорна връзка).
В основата на броячипа клетка лежат теригернте, изпълнени
с различии видове тиристори, част от к>иго бяха разгледани в
.точка 8.2. Условията за раэотоспособяостта иа броячните клетки се
определят от тригерен режим иа'работа и от първоначалното
състояние на цялата система.
На фиг. 8.14 е показана иринципаага схема на триразреден
двоичен брояч, нзчълнен с диодни тиристори с )?С-връзка. Ти-
ристорите се отпушват с отрицателните напрежения на конденза-
торите Сь С2 и С,, конто се подават съответно към тиристори-
те Ти Т2 и Т3, а запушва чето чре$ отрицагелного по отноше-
Фиг. 8-14
ние на анодите напрежение, формирано в кондензаторите С4,
С5 и С6. Транзисторът Тр играв ролята на формировател, който
се отпушва при подаване на входен сигнал с положигелна по-
лярност на неговата база. При липса на входен сигнал тиристо-
266
рите се запушени, тъй като стойността на Еа и съпротивленията
Ri — Re са избрани така, че да се работи в точка ал or фиг.
8.1 б. Кондензаторите С1( С2 и С3 започват да се зареждат съот-
ветно по веригите Д.2, /?7. Дх; R3, /?4. R8 Д2 и /?Б, Д6, Д3
почти до Еа. Съцевременно кондензаторите С4, С-> и Се са раз-
редени.
При входен сигнал транзисторъг Тр се отпушва и напреже-
ниего на кондензагара С\ се прилага към Д2 в обратна за него
посока. Тогава напрежението на 7\ ще бъде примеоно равно на
2Еаи той се отпушва, тъй като параметрите на Еа и анодиите
съпротивления са избрана по подходящ начин. Аковходният сиг-
нал е с достатъчна прэдължигелност, след 7\ се отпушват Т2
и Ts, тъй като на техните катоди се подава напрежението на кон-
дензаторите С2 и Ся. Когато транзисторът Тр се запуши във всич-
ки разреди, на брояча ще бъдат ззписани единици, кондензато-
рите С\, С2, С3, Cs и С6 ше бъдат разредени, а С4 ще се заре-
ди почти до Ёа по в*ригата /?13, Ru,
Първият тактов импулс отпушва Тр и на неговия колектор се
получава отрицателен скок на напрежение, който през диода Д7
и кондензатора С4 се подава на анода на тиристора Т2. Тирис-
торът се пртвклютвз в състояние О и в точка Б се получава
положителен скок, ксйго не оказва влияние па тиристора Т2, тъй
каго диодите Д:> н Д» са запушени. Сега кондензаторът С4 се
презарежда, каго изменя полярността на напрежението си.
След завършване на броячния импулс транзисторът се запуш-
вт. По-пататъ пното състояние на схемата не се изменя, тъй като
оложителният скок на колектора на транзистора не въздейству-
ва на тиристора Т2 поради запушените диоди Д7 и Д4. При това
положение в първия разред на брояча е записана логически 0, а в
останалите — логически 1. Кондензаторът Ct се разрежда до ну-
ла, а Сх и С5 са се заредмли приблизително до Еа.
Когато нт входа постъпи вторият броячен импулс, първият
разред ше ирсмине в взходно състояние, което беше описано
по-горе. Тиристорът Т, ще премине в състояние 1, отрицателни-
ят скок в точка Б през Д3 и Сл ще премине на анода на Т2 и
ще го запуши. Следователно след втория импулс в първия и тре-
тий разре i са записани единици, а във втория — нула.
По-нататък работата на брояча се повтаря.
Поради необходимостта от подбор на елементите броячите с
диодни тиристори се настройват относително трудно и затова се
препорьчват за използуване в по-особени случаи.
На фиг. 8.15 е показана схемата на триразреден двоичен бро-
_яч с тиристори и трансфэрматорна връзка. При подаването на
захранващото напрежение всички тиристори с а запушени и кон-
дензаторите С2 — Св се зареждат през намотките почти до на-
прежението на захранващия източник. При подаване на първия
броячен импулс се отпушва тиристорът Tt и кондензаторът Са
267
се разрежда до нула. Едновременно с това благодарение на пада
върху резистора конде ..заторът С8 се зарежда през диода ЕД
почти до Еа с полярност, показана на фиг. 8.15, и е запомнящ
елемент. Втората и третата тригерна клетка са в запушено със
Фиг. 8.15
тояние. При подаване на втория броячен импулс кондензаторът
С2 се зарежда през и'8 и Тх до напрежение, което запушва ти-
ристора Tj. При това кондензаторът С3 започва да се разреж-
, да през намотката ж, и включта тиристора Т2. Тогава на изходи-
те на броячните клетки се получава състояние 0 1, 0. При след-
ващия броячен входен импулс се отпушват 7\ и Т3> а се запушва
Т2, т. е. на изхода на клетките се установява състояние 1, 0, 1.
От разгледания принцип на действие на брояча се вижда, че той
брои иа първия изход до две, на втория — до четири и на тре-
тий— до осей. Показаиите две схеми на броячи са изпълнени
с еднотиристорни клетки. Очевидно тригерът с броячен вход
(фиг. 8.8) изпълнява ролята на брояч до две, а свързаните по-
следователно тригери позваляват да се получат делители на че-
тири, осем, шестнадесет и т. н.
Броячите с тригери имат няколко недостатъка, конто са го"
лемият б рой тиристори и пасивни елементи; усложнените вери-
ги за установяване на изходното състояние; възможностите за
едновременно вклюване на двете рамена на тригерите и т. н.
Когато изходът на последната клетка е свързан с входа на
първата, се получава кръгов брояч. При него тактовият импулс
се подава едновременно на всички входове на съставящите го
клетки, при което първоначално се включва следващият тирис-
тор и след това се запушва предишният или обратного — откача-
ло се изключва работещото звено, а след това се включва след-
ващият тиристор.
В схемата на кръговия брояч (фиг. 8.16), изпълнена с диод-
ни тиристори. тактовият импулс включва съответната клетка, бла-
годарнние на което се изключва тиристорът на предишната. При
подаване на захранващо напрежение всички тиристори са запуше-
268
ми. В това състояние входните диоди Д4 — Д6 са запушени от
високия положителен потенциал, подаден на техния катод.
При подаване на отрицателен импулс на входа за установява
не на нулата се отпушва тиристорът 1\ и кондензаторът Сг се
Фиг. 8.16
зарежда до Е^през резистора /?2. Едновременно с това кондензато-
рът С4 се оказва разреден през веригата /?6, ТР Дг, което озна-
чава, че диодът Дл е запушен от малкия пад в права посока иа 7\
и Д1-
Иървият тактов импулс през кондензатора С4 и отпушения
диод Дл попада на Tv който се отпушва. Резисторът отстра-
яява влияиието на малкото съпротивление на проводящите 7\ и
Д<> върху входння сигнал. Кондензаторите С4—С6 осигуряват гал-
ваничнэ разделяне на входння сигнал.
При отпушване на Т2 кондензаторът Сг се свързва паралелно
на групата 7\ — Д1 и тиристоры 7\ се запушва. Едновременно
с това се разрежда кондензаторът < s и диодът Д6 се оказва сла-
бо запушен. По такъв ншич схемата е готова за работа при па-
стъпване на следватия тактов импулс, при конто се отпушва ти-
ристоры' Ts и но нагагък процесите се повторят във всички
звена. Одед включването на последний тир ,стор от неговия изход
ее подготзя включване на иъовзта клетка.
От принципа на действие се вижда, че в таза схема ичхлюч-
ването на лредишната клетка става след отнушьане на следзи-
1ция тиристор.
На фиг. 8.17 е показана схемата иа кръгов брояч с обикнове-
ни тиристори.
Схемата е интересна с начина на комутация на тиристорите,
к >яго се извършва чрез възекдане на външно напрежение.
Обак ювено такова нллрежение се получава чрез кондензатор ила
дросел, нов дадения случай позади относително малка га ко суми-
рана мощност се ишолзуза специален комутиращ източнит. За
да е работоспособна схемата, е необходима иродължителността на
269
входния импулс ta да бъде по голяма от времето га запушване
на тиристорите (/и >4). Използуването на външен комутиращ
източник прави комутацията по-сигурнаД и ; осигурява по-добра
форма на изходните импулси.
Фиг. 8.(7
Схемата на кръгов брояч с тиристори и'тращформаторна врьзка
е показана ни фиг. 8.18 Характерно за вея е липсата на лъжли-
во сработване при Скокове в захранващото напрежение. Принци-
, път й на действие се състои вследното.
При подаване на захранващото напрежение всички тиристор и
са запушени и на анодите им се установява висок потенциал.
Кондензаторите С4—С6 се зареждат почти до захранващото на-
прежение с положителен потенциал па горния им край. По този на-
чин техният заряд е запушил входните- диоди Д±—Д2 и постьп-
ването на входни импулси не може да измени състоянието ла
Фи1. 8.18
схемата. За да започне схемата да „брои“, необходимо е да бъ-
де установено начално състояние, което в дадения случай се реа-
лвзира чрез веригата Дп— Дп, през която при включване на К
протича управляващ ток за отпушване на Ts. Диодът Д4 предо-
270
твратява шунтирането на прехода УЕ — К „а тиристора Т3 от
вторичната намотка на вход чия трансформатор. Потенциалы на
анода на отпушения тиристор става почти равен на нула и това
водн до разреждането на кондензатора Се през резистора /?6
почти до нула. Едновременно с това кондензаторът С3 се зареж-
да до напрежение Еа с положителен потенциал на дясната и от-
рицателен на лявата си страна, а кондензаторите и С2 — с
обратна полярност. По такъв начин схемата е готова за брэене,
тъй като входният диод е отпушен, а комутиращият конден-
затор С3 е готов да изключи провеждащия тиристор. При пода-
ване на първия импулс се отпушва тиристорът 7\, тъй като
входният ток протича през първичната намотка на трансформато-
ра диода Дг и кондензатора С6 и индуктира във вторичната
намотка w2 управляващ ток. Отпушването на 1\ води до запуш-
ване на Т3, тъй като върху него се подава отрицателно напре-
жение на кондензатора С8. Този кондензатор се презарежда през
отпушения тиристор с обратна полярност. Едновременно с него
се презареждат и всички останати комутиращи кондензатори, ка-
то Сг CTdBa с положигелна полярн&ст на дясната си страна. През
отпушения 7\ се разрежда кондензаторът С4 и по този начин
подготвя за работа входната верига на тиристора Т2. При по-
стъпване на втория импулс се отпушва Т2, 7\ се запушва от на-
прежението на Clt С5 се разрежда и С2 се подготвя за комута-
ция на Т2. По-нататък пронесите си повтарят.
Наличието на RC групи, свързани паралелно на тиристорите,
увеличава шумоустойчивостта на схемата и едновременно с това
кондензаторите изпълняват ролята на запомни щи елементи.
Схемата на кръгов брояч с двуоперационни тиристори е по-
казана на фиг. 8.19. При включване на захранващото напрежение
Еа тиристорите са запушени и през товарните резистори не про-
тича ток. Началното състояние на брояча се установява чрез
271
ключа К, при чисто затваряне се включва 7\. Това означава, че
на катода на диода Д5 се установява нулев потенциал, докато
на остачалите катоди на входните диоди се е установил висок
потенциал, от който те са запушени. Засова първият входен им-
пулс преминава само през Дъ и отпушва тиристора Т2. При това кон
* дензаторът С3 се разрежда по веригата Г,, /?5, ДА, RVt. Този раз-
ряд запушва тиристора Т}.
При отпушен тиристор Т2 катодът на входния диод Дь се
оказва с нисък потенциал и слелващият входен импулс може да
премине през него и да включи тиристора 7'3. При това се запуш-
ва 7\, елец коего процесите в схемата се повтарят.
Положително качество на дадената схема е отсъствието на
специален мощен импулс за запушване на тиристорите. За тази
цел тук се нзюлзувз енергиятана захранващия източник.
Предимствага на броячнте на импулси с тиристори най-добре
личат в реверсивчите варианти. 3 този случай реверенвният бро-
яч сьдържч по мьтко елементи, отколкото аналогичните схеми с.
други прибори и работата с тези схеми е доста попроста.
Схемата но реверсивеи брояч с трчнсформ1торна връзка и ди
•одни тпрнстэ и е показана на фиг. 8.20. Всеки импулсен транс
форматор има дне управляващи намотки тэКб и ®об. п >ез конто
входн пе диоди се включват към входната шина иа правого илч
обратною бро°не Протлвоположните краища на управлява'ците
намотки се евързват съответно към предишния или слецващия
тиристор. Ако например 7'2 е отпушен, то входниге намотки
и ®об на трансформаторите Т рг и Тр3 се оказзат свързани към
об цата шина. Едновремеино с това диодите Д1 и Дя се отпуш-
ват. При постъпване на първия входен импулс по канала на пра-
вого броене той преминава през отпущения входам диод Дг
евързан с пърничната намотка тг»Пб на трансформатора Тр± Им-
272
пулсът на напрежение, който се трансформира във вторичната
намотка, отпушва тиристора Т.,.
Ако първичният входен импулс постьпва на канала за обрат-
но броене, той преминава през отпущения входен диод Д3 на пър-
вичната намотка на трансформатора Тр3 и импулсът на вто-
рнчната намотка wo6 отпушва 7\.
В първия случай броенето ще преминава по посока на увелича-
ва.чето на номера нт тиристорите, а във втория случай — в гюсо-
ка на намаляване на номера.
Ако вторияг импулс постьпва по канала за обратно броене,
ше се включи Т3, а 7\ ще се възстанови. По този начин се су-
мират или изваждат входните импуси съответно по канала за
правого или обратно броене.
8.5. СТАТИЧНИ ТИРИСТОРНИ КЛЮЧОВЕ
или запушено) се за-
Фиг. 8.21
Разгледаните импулсни устройства се характеризират с отно-
сителнл висока честота на превключване на тиристорите. Често пъти
мал.пющните и мощните тиристори се използуват в схеми, където
едно от състоянията на прибора (отпуп
държа достатьчно дълго време. В този
случай динамичните свойства на клю'
човете не са толкова важни. Тъй като
честотата па превключване на схемата
от едно състояние в друго може да
бъде много писка, теш ключове се на
ричат статични. Те се използуват за
пютрояване на безконтакгни релета,
комутацнонни устройства, превключва-
тели на електрически вериги и т- в.
На фиг. 8 21 е показана схемата на
изключвател, който се състои от един
изпълняващ тиристор Т и един кому-
тиращ кондензатор С. Принципът на
действие на изключвателя се състои в
следното. В пзходно състояние тиристорът Т е запушен, а кон-
деи заторът С е зареден през до напрежението па захранване .
Товарът 7?т се включва към захранващия източник Еа чрез крат-
ковременного включване на бутона Б1, при което кондензаторът
се разрежда през и управляващия преход на тиристора Т,
който се отпушва. Товарът се изключва чрез кратковременно
включзане на бутона Б2. За кратко време тиристорът Т сешун-
тира и възстановява управляващите си свойства. При отпускане
на Б2 товарът се оказва изключен от захранващия източник.
Стойностите на R2 и С могат да се изберат от следните фор-
му л и :
18 Тиристорна техника
273
Еа
(074-0,8) zynlax
'omn
където /ушах e максималният импул
сен управляващ ток, a Zomn—време-
то на включване на тиристора.
В дадената проста схема, макар
и за кратко време, през £>2 протича
целият товарен ток, което явно не
е целесъоэразно при големи товари.
На фиг. 8.22 е показана схемата
на изключвател, в който са изпол-
зувани два тиристора в тригерно
свързване. Включването па захран-
ването на товара става чрез отпуш-
ване на тиристора Тг. При това
кондензаторът Ск се зарежда до напрежение Еа през резис-
тора Товарът се изключва чрез отпушване на Т2. Тога-
ва Ск се свързва антипаралелно на 7\ и го запушва. Едновре-
менно с това Ск се презарежда с обратна полярност по верига-
та +Еа, Т2, Ск, Rr. В края на презареждането на Ск тиристо-
рът Т2 се самозапушва, тъй като съпротивлението на резистора
/?! се избира така, че токът във веригата Т2—да бъде по-
малък от тока на удържане (7УД) на Т2:

Ra
Статичен еднофазен изключвател за променлив ток е показал
на фиг. 8.23 а. Ако е изключен ключът /< на управляващите елек-
троди на тиристорите в променливотоковия ключ, не се подава
сигнал в интервалите, когато тяхното анодно напрежение е по-
ложително. Присъеднняването на товара към захранващата мрежа
става чрез включването на ключа /(. Когато анодното напреже-
ние на 7\ е положително, в управляващата му верига протича
ток през Д1 и През другия полупериод анодното напрежение
става положително за Т2 и той се отпушва благодарение на ве-
ригата Д2, Пор ед ноте запушване на тиристорите се извърш-
ва автоматично. Веригата на товара се прекъсва чрез изключване
на К. На фиг. 8.23 б е показан променливотоков ключ със симе
тричен тиристор. Вижда се, че тази схема е по-икономична от
първата. Съпротивлението на ограничаващия резистор се пз-
бира от условието
274
М
1 у max
където Um е амплитуда на захранващото напрежение и Iyntax —
максималната стойност на управляващия ток.
фиг. 8.23
Бърз.гго запушване на тиристорите и възможностпте нм ‘ за
кратковременно претоварване са причина да намерят широко раз-
пространение в различии зашитни устройства за автоматично из-
ключване на товара. На фиг. 8.24 е показана схемата на бързо-
действуващ автоматичен изключвател, построен на основата на
тригерна клетка. Схемата позволява ръчно да се включва и из-
ключва товарът при натискане на съответния бутон. Освен това
при подходяще оразмеряваяе на елементите й тя може автома-
тично да изключва товара при прекомерно нарастване на тока през
него. За тази цел във веригата на
основния тиристор Т\ е свързан без-
индуктивен шунт 7?ш, през който
преминава товарният т. к. Неговото
сьпротивление се избира така, че
при максимално възможния товарен
ток падът върху него да е по ма-
лък от напрежението на стабилиза-
ция U? на ценеровия диод Д2, т. е.
А шах Ет<Ег. Явно е, че щом Ту е
отпушен, кондензаторът Ск се е за-
реднл до Еа с полярност, показана
иа фиг. 8.24. Ако по някаква причи-
на токът в товара се увеличи до
стойност /к (допускаме късо съе-
динение), то падът върху ще се
увеличи и когато стане по-голям от
U2 през управляващия
електрод па Т2 протича ток. В резултат на това Т2 се отпушва,
след което се запушва 7\ и кондензаторът Ск започва да се
презарежда. На края на презареждането се изключва и 72, тъй
275

като неговият режим на работа е избран по подходят начин
чрез /?2 (товарната права 2 на фиг. 8.1 б).
Повторного включване на товара става с бутона Б1. Времето
е хиляди пъти по-малко
от времето, необходи-
за задействуване на такъв изключвател
мо за изгарине на един
предпазнгел, и освен
това не се изисква смя-
на на елементи след
задействуването.
От принципа на дей-
ствие се вижда, че за
правилната работа на
защитного устройство е
необходимо конденза-
торът Ск да е зареден
до Еа. Тъй като това става с времеконщанта, определена от съп-
рогивленнето на А’2, ясно е. че за да може излючвателят да за-
действува повторно, е необходим определен подготвителен пе-
риод. В противен случай системата няма да действува.
На фиг. 8.25 е показана схема за защита на товара Л?т от вре-
ходии пренапреъения, които могат да възникнат в захранващага
промендивогокова мрежа. Принципът на действие на схемата се
основана на включването на променливотоковия ключ при поя-
вяване на пренапрежения и шунтиране на товарного съпротивле-
ние. За тази цел ценеровият диод се избира така, че неговото
напрежение на стабилизация U, да е по-голямо от амплитудата
Um на захранващото напрежение. По този начин при номинално
напрежение па мрежата тиристорите 7\ и Т2 са запушени.
Когато в мрежата се появи пренапрежение (Um>U2). отпуш-
ва се тиристорът 7\ или 7\ в зависимост от моментната поляр-
ност на променливото напрежение. Ако например пренапрежение-
то се е появило, когато горната шипа с положителна по отноше-
ние на долната, кправляващият ток ще протече по веригата Rlt
Д& Д3, Rz. Ду УЕтс В другая полуперпод ще се отпуши 7\, а 7\
се запушва. По-нататък проценте се повтарят. При отпушване па
7\ и Т2 изгочникът на захранване се наговарва допълнигелно и
пренапреженията в товара намагяват. Резисторът Rt ограничим
анодния то с на тиристора, а ргягсгорът —управляващите токове.
Тъй като времето зг отпушване на тиристорите е по-малко от
10 ps, бързодействието на това устройство е много по-голямо
от аналогии я и те е тектромеханични елементи и то може да се иг
ползува за огстраняване на пренапрежения с големи скорости на
нарастване.
П жазапите. тук примеря далеч не изчерпват разнообразии те
схемни вариант и приложения иа постоялнотоковиге и променли-
вотоковиге статичпи тиристорни ключове.
276
ГЛ АВА 9
СИСТЕМЕ! ЗА УПРАВЛЕНИЕ НА ТИРИСТОРНИТЕ
ПРЕОБРАЗУВАТЕЛИ
Тиристорите устройства са комбинация ст две основни час-
ти: система от тиристори, свързани по съответен начин, предназ-
начени да преобразуват енергията, и система за управление (СУ1), коя
то управлява силовите тиристори. Основного предимство на тирис-
тора като ключ, което е определило толкова широкого му разпростра
нение, е големият му коефициент на усилване по мощност. Ми-
нимална управляваща мощност от порядъка на 5—10 W може да
управлява тиристори, превключващи ток от порядъка на стотици
ампери и напрежение от порядъка на киловолти. Едновременното
съществувапе на системата от тиристори и системата за
управление изисква голямо внимание при тяхното съгласуване.
Оби-.новено в книги?е по тиристорна техника се обръща внима-
ние на силовите схеми. Но цялостната сигурност иа тиристор-
ните устройства зависи много от надеждната и свгурна работа
на СУ. Мал ката мощност на УИ позволява СУ да бъдат изиъл-
нени с маломощни полупроводников» елементи, което дава мно-
го големи възможности на конструкторите на тези схеми. В тази
глава ще бъдат разгледани основпите принципи на управление на
тиристорите.
9.1. ОСОБЕНССТИ НА ШСКОБШЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
НА ТИРИСТОРИТЕ
От принципа на действие на тиристора, разгледан в гл. 1, се
вижда, че вхдцната му характеристика представлява ВАХ на упра-
вляващия PN преход. На фиг. 9.1 а е показан нейният вид за
различии температура на околната среда. Тази характеристика
може да бъде апроксимирана с еквпвалентната схема от фиг.
9.1 б. Съпротивлението, включено паралелно на управляващия
преход, обикновено съществува технологично и е от порядъка на
1 к й. То има предназначение да подобри работата на тиристо-
рите при големи нараствапня на анодното напрежение. Тъй като
неговата стойност е много голяма, в еквпвалентната схема то не
се взема предвид. За да се отпуши тпрвсторът, необходимо е
от СУ да се подаде сигнал с подходящи параметри (Uy, /у). Те-
зи параметри са функция на температурата и на техчологичните
БИБЛИОТЕКА
. Т ц?ср Неделя ;В
277
особености на дадените образци. По тази причина между отдел-
яйте образци от даден клас съществува голямо разсейване и ВАХ
могат да се изменят в широки граници. Затова е прието да се
говори за пускова характеристика на тиристорите от даден клас,
която включва в себе си входните характеристики на всички ти
ристори от класа за различии температури. Пусковите характе
ристики се строят по обобщените резултати от измерванията на
входните характеристики на голям
определят параметрите на УИ.
Типична пускова характеристика
1у.А
Фиг. 9.2
брой тиристори и по тях се
на тиристори е показана на
фиг. 9.2. Тя представля-
ва облает, ограничена от
граничните ВАХ на УЕ
(кривите ОА и ОБ). Освен
това тя е ограничена от
максимално допустимите
ток (/ушах), напре.-кение
(t/ymaxf и мощност на уп-
равление (Рушах)- Кривата
ОА е измерена за тирис-
тор с най-голямо входио
съпротивление при най-
висока температура на пре-
хода, а кривата ОБ е снета
за тиристор с най-малко
съпротивление на прехода
и най-ниска температура на прехода. Затъмнената облает на ха-
рактеристиката се дава з i различии температури и показва, че в
нея се на.мират координатите на параметрите на УИ за всички
тиристори. Точката (7Уо, /Уо характеризира параметрите на УИ,
278
конто са достатъчни за включването на всички тиристори от да-
ден клас. Товарните характеристики на схемата за управление са
ограничени от тази точка и от кривите на допустима мощност
на У И.
На практика за управление на тиристорите се използуват им-
пулси с различна форма (правоъгълни, с форма на ексаонента,
със сложна форма и т. н.). С това се намаляват размерите на
СУ и мощността, конто се отдели в УЕ. При избора на продъл-
жителносгта на У И е необходимо да се ориентираме към въз-
можно най-кратки и мощни импулси с голяма стръмност на пред-
ния фронт. В резултат на това намалява времето на включване
на тиристора и комутационните загуби в неговата структура. За
тази пел в пусковата характеристика са зададени няколко до-
пустими мощности иа импулса на управление, конто характеризи-
рат прэдължителността му Колкого е покъс импулсът, толкова
по-мощен може да бъде той.
Нека са избрани параметрите на УИ Uy и / като са съоб-
разени със схемата, в конто са свързани тиристорите, и характе-
ра на товара. Основно изискване към СУ е да осигури тези уп-
равляващи импулси.
9.2 СЪГЛАСУВАНЕ НА ИЗХОДНИТЕ СТЪПАЛА НА СИСТЕМИТЕ
ЗА УПРАВЛЕНИЕ С ВХОДА НА ТИРИСТОРИТЕ
Нека крайното стъпало на СУ генерира импулс на напреже-
ние със стойност Е и има вътрешно съпротивление На фиг,
9.3 а е показано свързването на това напрежение към прехода
УЕ — К на тиристора, който се управлява. На фиг. 9.3 б е по*
казана еквивалентната заместваща схема, в конто съпротивлевие-
иу
то R ——у—. Явно е, че между параметрите на схемата трябва
у •'у
да има следната зависимост:
Fy-l/y+/yRy.
(9.1)
На фиг. 9.4 е построена товарната прана на изходното стъ-
пало. В режим на късо соединение, когато С/у=0, се получава
а в режим на празен
ход U —Е . Естествено
у у
е, че
построена по този начин, товарната права ще премине през точ-
ката £7у0, /у0, която осигурява отпушването на всеки тиристор,
който трябва да се управлява. От фиг. 9.4 могат да се направят
никои препоръки по избора на Еу и Ry. Върху^вътрешното съпро-
тивление на стъпатото се отдели разликата между напреженията
Еу и Z7 Колкото тази разлика е по-голяма, толкова по-голяма
279
мощност ще се разсейва в това съпротивление. Следователно
от тази гледна точка Еу не трябва да бъде голямо. О г друга
страна, съпротивлението Ry за различните тиристори от дат.ен
тип е много различно и това оказва влияние на работата на
Фиг. 9.3
Фш. 9.4
стъпалото. За тази цел е желателно Еу и да се изберат така, че
режимът на управление да бъде относително стабилен независи-
мо от тиристорите. По тази причина е добре Еу да е по голямо.
С цел да се съгласуват входните хараю риСТики на тириста-
рите с изходните стъпала на СУ обикнове ю се използуват транс-
форматори. На фиг. 9,5 е показана типична входна верига за уп-
равление на тиристор, като е дадена само вторичната намотка на
трансформатора. Съпротивлението свързано последователно
с УЕ, служи като R на източника на напрежение Е (напреже-
нието на вторичната страна на трансформатора). То има главна
задача да съгласува Еу с Uy и /у и да изравни в определена
степей входните съпрогивления на унравляваните тиристори.
Диодът Д защищава УЕ от отрицателните отскоци, конто биха
се получили върху трансформатора при спиране на тока през не-
го. Този диод може да се включи и антипаралелно на прехода
УЕ—К. Съпротивлението /?2 е шунтово и стабилизира входната
характеристика на тиристора. Го може и да не се включва. По-
някога вместо диод се използува динистор, стабилитрон или
друг прагов елемент, с което се увеличава шумоустойчиво.тта
на СУ, но това не изменя съшността на вънроса.
Явно е, че за тази схема може да се запвше зависнмостта

(9.2)
R2
280
Уравнение (9.2) позволява да се определи стойността на на-
прежението Еу, ако се зная? съпротивленията /?, и Т?2 и актив-
но ю съпротивление на намотките на трансформатора гтр. Пара-
метрите Еу и 1у са известии. Обикновено /?7 се избира от поря-
дъка на 5—10 Q, а 7?2=500-ь 10(Х)
S./- зависи от намотайте на тртнсфор- +и
матора. Напрежението върху диода мо
же да се определи от неговата ВАХ □ v
при ТОК 2у.
Освен по ток и напрежение УИ ; *
трябва да бъде съгласув&н и по про- ' I
дължителност tv. Ири работа на ти-
ристора с активен товар тези импулс f - X
може да бъде къс (2—10 ps), тъй ф д5
като анодният ток нараства бьрзо и
времето на включване е малко.
При работа с активно-индуктивен товар продължителността на
У И зависи не само от типа на тиристора, но и от параметрите иа
товара. В този случай минималната продължителност (/„ ) на им-
пулса може да се определи от неравенство™
където Ео е стойността на захранващото напрежение; тт =_-----
л \ «р
времеконстантата на товарната верига (£г — индуктивност, т—
активно съпротивление на товара).
При големи индуктивности минималната необходима дължина
на У И може да се получи от. порядъка на ms.
Намаляване на дължината на УИ може да се получи, ако
паралелно на тиристорите се включи ЕС верига. Тогава при включ-
ване на тиристора паралелният кондензатор, зареден до анодното
напрежение, се разрежда през него и увеличава анодния ток.
Обикновено такива ЕС групи се поставят винаги с пел да нама-
ляг или отстранят ВЧ трептенията, конто се получават при от-
пушването или запушването на тиристорите. Стойностите на тези
групи се дават от заводите производители или се определят прак-
тически.
Амплитудната стойност на У И от своя страна се явява функция на>
д ьлжината на импулса. За да се включи тиристорната структура, не-
обходимо е в базата да се подаде определено количество заряд.
Това значи, че с увеличаване на tu се намаляват изискванията-
към амплитудата на УИ. На фиг. 9.6 е показана качественатл за-
оисимост на амплитудата на УИ от неговата продължителност.
Формата на У И може да бъде различна. Най-често срещаните
281
форми на У И са правоъгьлната, експоченциалната и специалната
(фиг. 9.7). Правоъгьлната форма на У И се получава лесно от ге-
нераторите на правоъгълни импулси, има стръмен фронт, но тъй
като през цялата дължина на УИ стойността му е еднаква и от-
Фиг. 9.6 Фиг. 9.7
аюсително висока, то се увеличават загубите в управляващия
преход.
, Лесно се генерират и чпулей с форма на екпонента. В тях
обикновено през прехода УЕ—К, се разрежда предварително за-
редей кондензатор. Но в този случай, ако е необходима голяма
продължителносг на импулса, са необхэдими големи капацитети.
За да се съчетаят високите скорости на включване на тиристори-
те с малките загуби в техните управлява щи преходи, често се
използуват импулси със специална форма (фиг. 9.7 в). Тези им-
пулси имат стръмен поеден фронт и са големи в своего начало,
а по нататък спадат до установената си статична стойност. УИ с
такава форма обикновено се пэлучават от съчетанието на LC- и
ДС-вериги.
9.3. ОСОБЕНОСТИ НА УПРАВЛЕНИЕТО НА ДВУОПЕРАЦИОННИТЕ
ТИРИСТОРИ
Основното изискване къл схемиге за управление на ДОГ е
да генерират двуполярни импулси, които в пеобходимиге моменти
отпушват и запушват тиристорите. Тьй като входнага характери-
стика на ДОТ при включване е идентична с тази на обикновения
тиристор, изисквапията към отпушващия импулс на ДОТ са съ-
щите, както и за еднооперационния тиристор. Основните особе-
ности на системите за управление се определят от изискванията
към запушващия импулс.
На фиг. 9 8 а е показана елекгричеека схема, в която ДОТ
превключва мощност в товара Дй, като едновременно е показана
282
веригата за управление. ВАХ на входната верига при запушване
е показана на фиг. 9.8 б, а диаграмата на анодния ток при за-
пушване — на фиг. 9 8 в. Нека на УЕ не се подава сигнал и ти-
ристоры е запушен (/« —0). Тогава входната ВАХ се определя с
кривата АОС При подаване на отпушващо напрежение Е + на
УЕ тиристорът се включи и входната ВАХ се премества вдясно
с величината АСУ. обусловена от прэтичането на анодния ток
през управляващия преход На фиг. У 8 б това преместване е по-
казано чрез кривата BDEF.
Нека в м. мент t0 подадем запушващ управляващ импулс Еу
(фиг. 9 8 в) В началото падът върху прехода е все още в права
посока (£>£) и е обусловен от анодния ток, макар че /у е изме-
нил посоката си. В интервала EF става разсейване на зарядите
в базите на тиристора и следователно намаляване на коефициен-
тите на пре шване ап и ар на съставящите го транзистори и из-
ключване на четирислойната структура. При това работната точ-
ка от F се премества в положение Cjno линия, определяща се
от съпротивлението Генераторы Еу~ е необходимо да осигу-
ри протачан? на запушващ ток /у дотогава, докато 1а не стане
по-малък от тока на задържане и преходът П2 на структурата
не започне да се запушва. Кэлкото по-голямо е /?у, толкова по-
голям ток е необходим за запушване.
За да с; определи минималната продължигелност на /у\ се
разглеждат основные етапи на неговото запушване (фиг. 9.8 s).
През време на първия етап (t0—/1) става резсейване на до-
пълнителните заряди в базите под въздействието на /у и анод-
ният ток не се изменя особено силно.
През втория етап вследствие на възникналата ПОВ (съставя-
щите транзистори работят в активен режим) анодиият ток лави-
283
нообразно намалява и посоката на напрежението върху прехода
/7а става обратнг; пэ отношение па захранващото напрежение. За
сигурното запушване на ДОТ е необходимо продължителността
на запушващия импулс да бъде по-голяма от t0—12. В проти-
вен случай тиристорът се включва повторно, тъй като в негови-
те бази се намират достатъчно токоносители-
През третия етап t^—ta анодният ток спада бавнэ и тиристо-
рът окончателно възстансвява управляващите си свойства. Ако
е възможно лъжливэ включване на тиристора под въз-
действието на останалите в базите добавъчни токоносители.
Всеки един етап на запушване на тиристора намалява с уве-
личаване на амплитудата на
Продължителнсстта па записи и от правото напрежение
върху тиристора. Увеличаването (7пр в ди до увеличаване на ts .
С увеличаването па температурата на околната среда също се
увеличават изнскванията към t~.
9.4. ОСНОВНИ ОССБЕИОСТИ НА УПРАВ.1!ЕН!’ЕТО
НА ТОКОИЗПРАВИТЕЛИТЕ И АВТОНОМНИТЕ ИНВЕРТОРИ
Схемата за управление създава система от импулси с необхо-
димите параметри и ги подава на УЕ на тиристорите в моменти,
определящи се от изискванията на силовата част. Съществхват
общи изисквания към СУ, конто се свеждат основно към след-
ното.
1. Достатъчен по мощност и продължителност УИ.
2. СУ трябва да има необходимого бързодействие. Тя не
трябва да ограничава бързодействието на регулируемия преобра-
зувател. Ориентировъчно най-голямото бързодействие на честота
50 Hz е от порядъка на 0,01 s, което е нужно при преминаване
на преобразувателя от изпрагителен в инверторен режим на ра-
бота. По-голямо бързодействие на практика не е нужно.
3. Голяма сигурност и защита от смущения. Особено внима-
ние е необходимо да се обръща на екранирането на СУ от сму-
щенията на силовата част.
Токоизправителите имат своите особености в управление!- >.
Преди всичко от принципа на действие на ТИ е ясно, че СУ
трябва да бъде синхронизирана с анодното напрежение на силиви-
те тиристори. Освен това от СУ се изисква да осигури доста-
тъчен ъгъл на регулиране, който зависи от вида на ТИ, харак-
тера на товара и изискванията на заданието. Обикновено за из-
менение на ъгъла на регулиране се използуват т. нар. „хорпзон-
тален“ и „вертикален" метод. При първия се изменя фазата на
управляващото напрежение по отношение на захранващото напре-
жение чрез фазорегулатори. По-съвременен и разпространен ме-
284
тод за регулиране е фазово-импулсният, при който УИ се изме-
ня по фаза по отношение на анэднотс напрежение. Това измене-
ние се ос-ыцествява чрез сравнявачето на сигнала, синхронизиран
с анодното напрежение, и постоянно управляващо напре кение-
Тъй като срав явапсто става по абсолюгни стойкости, този метод
се нарича „вертикален**.
СУ на ТИ трябва да има симетрия па фазите. Поради неед-
накзосгта на елементите на СУ може да се окаже, че ъглите на
регулиране а се различават един от друг за различимте фази. В
резучгат на това се получава разлика в продължигелността на
проводимого състояние на тиристорите. Това означава, че се из-
меня средният ток през тиристорите и се увеличават пулсаниите
в изходното напрежение, което изисква увеличаване на стойно-
стите иа елементите на изглаждащите филтри.
Тъй като ТИ работят обикновено със силно индуктивен ха-
рактер на товара, особено внимание трябва да се обърне на про-
дължвгелността на УИ. Освен това в някоп схеми е нужно да
се подават У И с продължителност, не по-малка от определената,
или да се подават сдвоени импулси.
Ак 1 при ТИ и в зависимите инвертори честотата на СУ се
определи от честотата на мрежовото напрежение, то честотата
на звтономните инвертори се определи от честотата на СУ. Сле-
дователно в първия случай честотата на СУ се оказва водима от
преобразуватели, а във втория случай тя е водеща. С други ду-
ми, в СУ на АИ е необходимо да има задавагц генератор, който
да определи честотата на работа иа системата. В това са и ос-
новните различия в СУ иа двата основни типа преобразуватели.
В зависимост от вида на инвертора може да се поставят по-осо-
бени изисквания към формата на УИ и начина на тяхното раз-
пределение по тиристори.
Като се имат предвид изискванията, конто поставят силовите
части към СУ, в общи линии може да се определи блок-схемата
на СУ. Явно е, че в нея трябва да има крайно стъпало, което дч
съгласува входа на тиристорите със СУ. Освен "това трябва да
има захранващо или синхронизизащо устрой-: во, а също така
распределители на импулсите, конто да распределят импулсите
по съответни капали. Ако е необходимо регулиране, в СУ трябва
да има фазорегуляращо устройств.).
На фиг. 9.9 а. е показана б оковата схема на СУ на управляем
ТИ. В нея са изчолзувани следните блокэве:
1. Блок за синхронизация БС. Обикновено това е маломощен
трансформатор, свързан синфазно със захранването на силовата
схем I. В съвремснните схеми в това устройство се разнределят
каналите на СУ.
2. Блок за фззов, управление БФУ. В него става изменение-
го на ъгъла на регулиране а. Найчесто той се състои от гене-
ратор на линейного напрежение и нрагочо устройство, на входа
285
на което се подават двете напрежения: на синхронизираното ли-
нейно и управляващото постоянно.
3. Блок за предварително формиране БПФ. В него става
предварително формиране на управляващия импулс и съгласуване
с крайнего стъпало.
I Ръчно
Фиг. 9.9
4. Крайно стъпало КС, в което става окончателнот о форт-
ране и усилване на УИ.
Освен тези стъпала на основната СУ в съвременните ТИ има
обратна връзка (ОВ), чрез която се осъществява поддържзнето
на параметрите на преобразувателя по определен закон схеми
за управление на сигнализацията, защитата и пуска (СУЗГТ).
На фиг. 9.9 б е показана основната бл жова схема на СУ за
инвертор. Тя се състои от следните блокове:
1. Задаващ генератор ЗГ.
2. Разпределител на импулсите РИ, предназначен да осигури
необходимия брей независим'! канали за управление.
3. Блок за регулиране БР, в който става изместването на УИ
в един от каналите по отношение на другите.
4. Формиращи и крайни стъпала (ФКС), в конто става окоп-
чателното формиране на УИ.
Освен това в инверторите също е възможно да има О В, схе-
ма за сигнализация, управление на защитата и пускгнето и т. н.
(БСУЗП).
От разглеждането иа двете блокови схеми се вижда, че те си
приличат. Затова ще бъдат разгледани някои основни схеми на
блокове, използувани и в двете блокови схеми. Освен това в
реалните СУ не винаги съществуват явно изразени всички части
на блоковите схеми. Често те са обедияени.
286
9.5. СХЕМИ НА КРАЙНИ СТЪПАЛА
Обикновено крайните стъпала на СУ се изпълняват с бипо-
лярни транзистори, еднопреходни транзистори иля маломощни-
тиристори.
Удобни за управление са импулсните устройства от типа на.
блокинг-генераторите (БГ). Те
позволяват да се получат дос-
татъчно мощни импулси с мз-
лък преден фронт. Трансфор-
маторният им изход позволява
лесното съгласуване с входа
на тиристорите. На фиг. 9.10 е
показана схемата нт БГ, който
се използува често като край-
но стъпало. В схемата е изпол-
зуван допълнителен източник на
напрежение Ел за сигурното фпг g 10
запушване на транзистора през
време на паузата. С цел да се
увеличи шумоустойчивостта за предпочитане е да се намотае
допълнителиа екранна намотка (дад), която да екранира базовата
и колекторната намотка от товарната. БГ одновременно форми-
ра УИ и затова няма специални изисквания към запускащия го
това осооените изисквания към-
сигнал. ч ..«•
Независимо от всички мерки БГ се оказва устройство, което
не е шумоустойчиво. Oci
трансформатора у с ложи я-
ват проектирането и кон-
струирането. Затова ши-
роко разпространение са
получили импулсни усил-
ватели с транзистори. На
фиг. 9.11 е показана схе-
мата на двустъпален усил-
вател, който е намерил
широко ра зпространеиие
в крайните стъпала на СУ.
Дължината на изходния
импулс в схемата се опре-
дели от диференциращата
трупа, която е изпълнена
с кондензатора С, и вход-
ного съпротивление на емитерния повтопител, изнълнен с тран-
зистора Т3. Съпротивлението /?, служи за разреждане на
кондензатора С през време на паузата. Емитерното съпротивле-
ние се изчислява така, че за определено време, определятцо про-
2S7
дължителността на УИ. падът върху него да осигури. насищане
на транзистора Т2. В тази схема фронтът на импулса се опреде-
ли ог велщината на упоавляващия сигнал. Често пъти за увели-
чаваеетэ на продължителността на импулса и намаляваяето на не-
говия предсн фронт не
се включва диференци-
<r’t раща трупа па входа на
72, а връзката между
Re и базата на Т2 се
т ’ с. lJ" осъществява чрез едва
-J. /дЛ г т2 !—г, фтрсираща трупа и ед-
и ло съпротивление.
ф изх Подобна схема е по-
: iR’ J j I 1 ° казана на фиг. Р.12. За
-L разлика от двата пре-
дишни варианта изход-
ф‘“- 9-12 ният управляващ импулс
тук се определя от за-
ряда на кондензатора С2, кигаго транзисторът Т2 е запушен.
•В този интервал кондензаторът С2 се зарежда през /?.. до напре-
жение Е2. Когато на бтзата па 1\ се подаде входен по-
ложителен импулс, транзисторът се отпушва и върху /?, се съз-
цава пад, конто отпушва 7’2. От схемата се вижда, че формата
на базовия ток на Т„ в първия момент се ограничава само от
/?2, тъй като кондензаторът Л, през време на паузата се е раз-
редил до нула. Постепенно той се зареж да с иолярност, показа
на па фиг. 9.1?, и базовият ток намалява. Това означава, че тран-
зисторът Т2 се отпушва бьрзо, а в устанозон режим той само
се поддържа в насигено състояние. Когато Тг е отпущен, кон-
дензатор ьт С.2 се разрежда през k'i на изходння трансформатор
и <'-ко се приеме, че товаоът е активен, явно е, че формата па
импулса ще бъде ексноненциалиа. Разбора се, за сигурното за-
пушвапе на 1\ и в тази схема може да се използува групага
R—Д подобно па фиг. 9.11.
Избор ьт на съпротивленията /?2 и R3 се определя основно
от условието за насищане на транзистора '1\. а резисторьт /?4 и
кондензаторът С2 определят честотяяте възможности на стъпа-
.'1010, тъй като е необходимо време за зареждането на този кон-
дензатор.
В дадения вариант нарочно са пиказани две захранващи напре-
жения. Обикновено в системите за управление захранващото на-
прежение на крайний усилвател се различав^ от напреженията
на предварителните стъпала. Това захраиване е по-мощпо и към
него няма строги изисквания по отношееие на сгаэилност по
напрежение, както това обикновено се и зисква в маломОщната
логически част на СУ.
288
За получаване на управлявагци импулси с особено стръмни
фронтаве чесго ныи се използува каскодно свързване на крайни-
те транзистори с цел да се получи голям коефициент на усилва-
не на стъпалото. На фиг. 9.13 е показано исходно стъпало с два
транзистора, свързани но схема
на Дарлингтон. Характерно за
стъпалото е, че то изисква ма-
ломощна импулси от формиро-
вателя, геверира импулси с
много добър преден фронт, кой-
то се определи основно от бьр-
зодействието на транзисторите.
Използуването на трансфор-
матора в крайните стъпала,
при което те обикновено рабо-
тяг във вериги с еднопосочни
импулси, поставя определены
изисквания към конструктивно-
го им пзпълиение. Преди всичко i
нитната им сърцевина. Тъй като
Ф«|. 9-13
зиск вания се предявяват към маг-
най често се работи в импулсеч
режим с постоянна съставка, явно е, че тя се намагнитва, т. е.
трансформаторного желязо работи в импулсен режим. Това озна-
чава, че имиулсните му магнитны параметри определят електри-
ческите му характеристики. За предпочитане е да се работи с
магнитны материалы, които нямат правоъгълна крива на намаг-
нитване, и с материалы които имат малки загуби. Обикновено за
сърцевина се използува трансформаторно желязо със съответни
размеры (в областта на относително ниските честоти) или с фери-
тови пръстени, спеннално разработени за тези цели.
Изисквания има и към начина на намотаване не намотките.
Стремежът е да се намалят до минимум индуктивностите на
разсейване и загубите в намотките.
Използуването на транзистори в крайните стъпала на СУ не
випаги е целесъобразно, ккто се има предвид ограничената мощ-
ност на разсейване на колектора им, а също и неголемият нм
коефициент на усилване по мощност. Затова за превключвагци
елементи във формиращите и усилвателни стъпала на СУ се из-
ползуват маломощны тиристори. Те са достатъчно бързодейству-
ващи и могат да издържат импулени претоварвания, с няколко
пъти по-висока амплитуда от нормалната [43]:
Всички тиристорни формирователи могат да се разделят на
два вида формирователи, чийто изходен импулс има експонен-
циална форма, получаваща се от разреждането на предварително
зареден кондензатор, и формирователи със сложна форма на ис-
ходная импулс — той е експонен циален в първата си част и си-
нусоиден във втората.
Па фиг. 9.14 са показаны три модификации на стъпала с ек
15 Тиристорна техника
289
споненциална форма на У И. Принципы им на действие е иден-
тичен — ив трите схеми кондензаторите С се зареждат през вре-
ме на паузата до съответно напрежение, определяло се от вида
на зарядната верига. При отпушване на съответния тиристор кон-
Фиг. 9.1-1
дензаторът се разрежда през товара- Схемата от фиг. 9.14 в е дву-
тактна и по структура ирилича на инвертор, но по режим на ра-
бота е импулсно устройство. При нея при подаване на УИ на
съответните тиристори се разрежда кондензаторът, който е на-
ралелен на тези тиристори, и едновременно се зарежда и другият
. кондензатор.
На фиг. 9.15 а, б са показани две схеми, с конто могат да
се получат импулси с форми, близки до оптималната (фиг. 9.7 в;.
Двете конфигурации имат еднакъв принцип на действие. Разли-
ката е в това, че в схемата на фиг. 9.15 б иидуктивността се на-
мира в променливата верига и ко 'дензагорите са свързани иосле-
дователно с тиристорите. Това създава условия за по-добра ко-
мутация. При отпушване на тиристорите 7'i кондензаторът Ск,
се зарежда (фиг. 9.15 6) или разрежда (фиг. 9.15 fl) по експонен-
Фиг. 9.15
та през товара. Едновременно СКг се зарежда (фиг. 9.15 а) или
разрежда (фиг. 9.15 6) резонансно. Продължителността на импул-
са се определи от честотата на колебателпия заряд (разряд), а
амплитудата в началото — от началната стойност на напрежението
290
Фиг. 9.16
върху кондензатора. По тази причина във фор.мирователите от
този тип продължителността на импулса е по-малко зависима от
входното съпротивление на приборите.
На фиг. 9.16 е показана схемата на тиристорен формировател,
който се захранва от
променливотоков източ-
ник. Кондензаторът С се
зарежда през диода Д.
При отпушване на ти-
ристора Т кондензаторът
се разреждд презна
изходния трансформа-
тор и създава импулс
за отпушване па снло-
вия тиристор
Широко се използува в качеството на крайно стъпало схема-
та на постоянногоковия пегулатор от фиг. 9.17. Принципът му
на действие не се огличава от принципа на действие на регулато-
рите, разгледани в гл. 6.
Особено широко разпространение са получили СУ, в конто се
използуват еднш:реходни транзистори (АТ). ЕТ имат много добри
свойства: стьбилно напрежение на включване, широк температу-
рен обхват на работа и голяма допустима стойност на амплитуда-
та на тока, равна на около 2 А.
На фиг. 9.18 е показана схемата на генератор на импулси, из-
пълпена с ЕТ- Характерно за ЕТ е, че преходът Е — В2 се
включва при определено напрежение, зависещо от напрежението,
приложено между двете бази. При това положение кондензаторът
С се зарежда през съпротивлението R. Когато tic достигне до
прага на включване, се отпушва преходът ЕВ2 и кондензаторът
291
С се разрежда през съпротивлението Rb2- Щом напрежението на
кондензатора спадне до около 2V, преходът отново се запушва
и започва нов цикъл. Импулсите върху съпротивлението Rb2 имат
експоненциална форма и могат да се използуват за управление
на тиристорите. Моментът на възникване на импулса може да се
регулира, като се изменя стойността или напрежението, подавано
между двете бази, или чрез съпротивлението Rr
Освен като крайне стъпало показаната на фиг. 9.18 схема мо-
же да се из юлзува като ЗГ и като фазоизместваща схема, Всич-
ки тези положптелни качества на EIIT са спомогнали за широ-
кото им разпростра.чение в СУ.
9.6. ФАЗОРЕГУЛ ПРАЩИ СТЪПАЛА
За регулиране на напрежението на ТИ по хоризонталния ме-
тод е необходимо да има устройства, конто да изменят фазата
на синхронизиращото напрежение на СУ по отношение на промен-
ливото анодно напрежение. На фаг. 9.19 е показана схемата на
Фиг, 9.19
Фиг. 9.20
фазовъртящ мост. Фазата на изходното му напрежение се изменя
спрямо фазата на входного синусоидио при изменението на съпро-
тивлението в едно от рамената на моста. Зависимостга на фаза-
та се определи от формулата
а= 2 arctg , където Х<»1. j •
Ако мостът не е натоварен, а може да се изменя от 0 до 180°.
При натоварен мост изходното напрежение се изменя по стой-
ност и границите за изменение на а се стесняват.
На фиг. 9.20 е показана схема, илюстрираща вертикалния ме-
тод на фазорегулиране. При него се сравняват променливо (най-
292
често линейно) и постоянно управляващ о напрежение. В момента
на изравняване на двете напрежения се изработва У И. Сравнение-
то най-често се извършва във входната верига на транзистор.
Когато напрежението на кондензатора С се изравни с Еу, тран-
зисторът се отпушва. Като се изменят Еу или времеконстантата
на зареждане на кондензатора, може да се изменя моментът на
отпушването на транзистора спрямо момента, в който zze—0. Сле-
дователно от генератора на променливо напрежение се изисква
да бъде синхронизиран с анодното напрежение на тиристорите.
Обикновено за такива генератори във фазсизмествашите схеми се
използуват генератори на линейно напрежение (/77 Л).
На фиг. 9.21 са показани две практически схеми на ГЛН. Фак-
тически това са схеми с интегрираща верига и параметрична ста-
билизация на тока. При положителен полупериод па входного
напрежение транзисторите Т\ са запушени и паралелният им кон-
дензатор С се зарежда или през относително голямото съпротив-
ление Rc, или през транзистора Т2- Това зареждане става с от-
носително постоянен ток и затова напрежението на кондензатора
има форма, близка до линейната.
При обръщане на фазата на входния сигнал транзисторът 1\
се насища и кондензаторът С бързо се разрежда. По такъв на-
чин схемата се оказва синхронизирана с фазата на входния сиг-
нал и напрежението на изхода й започва да се формира в момен-
та, в който задаващото вхолно напрежение премиие през нулата.
От двете схеми по своята простота ло-нривлекателна е схемата
от фиг. 9.21 а. Но, за да се получи напрежение с достатъчна ам-
плитуда и с добра форма, обиквовено се налага захранване с из-
точници с високо напрежение.
293
За фазово регулиране на входння сигнал могат да се изнолзу-
ват чакащи мултивибратори. Известно е, че при тях с изменение
на параметрите на зарядната верига на формиращия кондензатор
се изменя задръжката на запускащия го сигнал. На фиг. 9.22 са
Фиг. 9.22
показани схемите на чакащи мултивибратори в дискретно и ин-
тегралио изпълнение. И в двата случая задният фронт на изход-
ния импулс е функция на RC. Характерно за използуването на
• чакащия мултивибратор е това, че на неговия изход се получава
правоъгълен импулс, който след диференциране може да се из-
ползува направо за управляване на междинните и формиращи ус-
тройства. Когато се използуват ГЛН, обезателно е необходимо
да има прагови схеми, конто да формират сигнала.
Не е трудно да се забележп, че схемите на генератори с ЕПТ
могат да бъдат едновременно и фозорегулиращи, ако бъдат син-
Фиг. 9.23
фиг. 9.24
хронизиранн по съответен начин. Синхронизацията в тях се из-
вършва или чрез специалнн синхронизиращи импулси, или чрез
ценеров диод. На фиг. 9.23 е показан генератор, изпълнен с це-
неров диод, чрез който се синхронизира напрежението иа генера-
294
тора, тъй като в действителност ценеровият диод захранва схема-
та на генератора. От своя страна диодът се захранва с мрежовото
напрежение. Когато това напрежение преминава през нулата, се
установява нула и на кондензатора. След това той започва да се
зарежда от напрежението, ус-
тановило се върху ценеровия
диод. Като се изменя времекон-
сгантата на зареждане на кон-
дензатора, се изменя моментът
на включване на ЕТ спрямо
преминаването на захранващото
напрежение през нулата.
Освен транзисторни схеми
на ГЛН има схеми, в конто се
използуват диоди. На фиг- 9.24
е показана схемата на ГЛН с
диоди, конто се използува в
СУ. Изходното напрежение се
получава върху кондензатора
С, който се зарежда с относи
телно постоянен ток, осигурен
от голямата индуктивност L и
токоизправителя. Формата на
напрежението върху С е три-
ъгълна. Фазовият ъгъл в схе-
мата зависи линейно от стой-
ността на управляващото напре-
жение. Тази схема обаче е чувствителна към изкривява
нията в захранващата верига.
На фиг. 9.25 е показана схемата на ГЛН с диоден комутатор
Захранването на кондензатора С в нея става от постояннотоков
източник. Показаната схема е за една фаза при трифазно напре-
жение.
На основата на тази схема е конструирана схемата на генера-
тор ч на прэменливотоково право линей но напрежение за управле-
ние на шестфазни ТИ, конто намира широко разпространение в
разработайте на регулируемого електрозадвижване.
Освен транзистори и диоди за разреждане на формиращия кон-
дензатор се използуват и тиристори. По принципа на действие те
не се отличават от разгледаните дотук ГЛН.
За ГЛН могат да се използуват и операционни усилватели.
В тях се получава голяма линейност на изходното напрежение,
относителна комиактност, но изискванията към специални захран-
вания утежняват схемите на токоизточниците.
295
9.7. МЕЖДИННИ СТЪПАЛА И РАЗПРЕДЕЛИТЕЛИ НА ИМПУЛСИТЕ
Напрежението, което се получава след ГЛН, се формира от
междинни устройства, конто дават па изхода си обикновено пра-
воъгълни импулси с голяма стръмност на предния фронт и по-
нататък се усилват от крайните стъпала. Освен това тези импул
Фиг. 9.26
си или импулсите на ЗГ, ако е необходимо, се разпределят по
'съответни канали за управление на различайте тиристори.
Устройствата, конто реагират на променливото и постоянно
напрежение, подавано на входа им, са от вида на компараторите.
Най-голямо разнространение са получили компараторите от типа
на усилватели с положителна обратна връзка: тригери с емитерна
връзка; с зрансформаторна обратна връзка и компараторис опе-
рационни усилватели.
На фиг. 9.26 са показани два вида компаратори. Когато линей*
ното напрежение на входа стане равно на управляващото напреже-
ние, става преобръщане на схемата, ог което на изхода се полу-
чава импулс. Двете устройства са тригери на Шмит в дискретно
и интегрално изпълнение.
За прагово устройство често се използува и обикповен БГ, на
входа на който се подават двете напрежения — управляващо го и
линейното.
На фиг. 9.27 е показано прагово устройство с операционен
усилвател (ОУ), което по същество е компаратор. Даден е и ге-
нераторът на трионообразно напрежение, изпълнен по подобие на
схемата от фиг- 9.21. Диодите и Д2 заеднэ с разисторите /?а
и Д3 осигуряват режима на работа на Т2. Променливото съпротив-
ление на Ц3 позволява да се настрои необходимият режим на ра-
бота. Когато Ту е запушен, кондензаторът С се зарежда през Т.2
по линеен закон и напрежението му през Rb се подава на единия
вход на ОУ. На другия вход е подадено управляващо напреже-
ние Uy, което се задава ръчно, както е показано на фиг. 9.27, или
296
може да бъде напрежение на сбратвата връзка. Докато <Uy по
абсолютна стойност е по-малко от ис> изходното състояние на ОУ
ще се с предела от £/у. При израв1!Яване на двете напрежения със-
тоянието на ОУ се прэменя, при което на неговия изход се по-
лучава импулс, достатъчен за пускане на следващите устройства.
За опростяване на схемите за управление на преобразувател-
ните устройства с фазово-импулсно регулиране са конструирани
монолитни интегрални схеми, конто обеднняват функциите на мно-
го от блоковите схеми.
Специално за управление на стъпалата на променливите регу-
латори и токоизправителите в ЧССР се произвежда интегралвата
схема МАА436, в която външни са синхро иизиращите импулси
и някои елементи за настройка, а всички функции на отделяйте
блокове са обединени в един чип.
Многофазна система на УИ се получава с помощта на разпре-
делители на импулсите. За целта се използуват кръгови броячни
схеми, изпълнени с тригери, блэкинг-генератори, феритни и Маг-
нитки елементи, четирислойнн прибори и т.н. Принципът на дейст-
вие се състои в това, че те делят входната честота толкова пъти,
колкото е броят на каналите.
Нека да разгледаме принципа на действие на брояча, изпълнен
с два тригера на дискретни елементи, позволяващ да се получи
четириканална система на СУ (фиг. 9.28). Вижда се, че схемата
се състои от два тригера с броячен вход. Чрез въвеждането на
съответни връзки межу отделимте елементи се постига преобръ-
щането на един от тригерите при подаване на входен сигнал.
Другият съхранява установеното си положение. Да предположим,
че транзисторите Тг и Т.л с а отпушени (на изходите си имат ни-
сък потенциал, съответвуващ на логическа нула), а Тг и Т\ са
запушени (на изходите им има логически единици). При подаване
на управляващия импулс от ЗГ (фиг. 9.29 а) могат да се запушат
297
транзисторите 7\ и Т3- Тъй като обаче високият потенциал на ко-
лектора на 1\ се подава на анода на диода Ди то импулс в ба-
зата на Тг не може да попадне и остава възможността да се за-
пуши само Т3, тьй каго на анода на Д3 е пододен ниският погеи-
Фиг. 9.28
циал на колектора на Т2. Следователно след първия импулс на
ЗГ в системата се установява логическо състояние 1, 0, 0, 1.
При подаване на следващия импулс имат възможност да се за-
пушат транзисторите Т2 и Т\, но тъй като диодът е запушен,
Фш. 9 29
У И се подава само в
базата на 1\ и се пре-
обрыца другият тригер.
Системата приема със-
тоянието 1, 0, 1, 0.
При подаване на тре-
тий импулс се получава
състоянието 0,1, 1, О,
а на четвъртия — 1, О,
О, 1, т.е. първопачално-
то състояние, от което
започнахме разглежда
него на процесите. От
диаграмите на фиг.
9.29 се вижда, че ако
се вземат импулсите от ктлектирите на транзисторите, те ще
имат честота, четири пъти по-малка от тази на ЗГ и ще бъдат
разпределени по четири независими канала. Импулсите на тези
298
каналы се получава! строго симетрични лэ ©лишение на задана-
щите импулси.
Много често е необходима система от два канала за импулси,
измеСтени на 180°. Тогава се използува само един тригер с броя-
Фиг. 9.30
чек вход или сам ляг генератор се конструира да генерира таки-
ва импулси.
Широко распространение в СУ са получили интегралните три-
гери за разпредсление на имлулсите. Гехният принцип на действие
не се отличтва от принципа на описанэто устройство с дискретна
елементи.
На фнг. 9.30 [42] е показана схемата на разпределителното
устройство, и шълпено с динисторио-траизисторни клетки. За пус-
ково генериращо устройство се използува блокинг-генератор в ре-
жим на самсвъзбуждане. Принципът на действие па схемата се
състои в следното. Да предположим, че последен е бил включен
динисторът Д2. Това означава, че за определен интервал от вре-
ме е бил включен и транзисторът 7\ Следователно върху кон-
дензатора С\ няма напрежение, той се е разредил през Тг, а кон-
дензатор ьт се с заредил до напрежение Ucc с полярност, по-
казана на фиг. 9.30. При подаване на следващия импулс от БГ
се оти/шва динисторът тъй като върху него има подадено
напре-кение в права посока. Динисторът Д2 не може да се отпу-
ши. защото кондензаторът С" от предишния полупериод се е за-
редил до нап лежение, обратно за него.
Пои огпушването на Дг кондензаторът С' се зарежда през то-
вара по експонента, а С" се разрежда резонансно. Едновременно
с товарния импулс напрежение се подава и на транзистора 7"2,
той се отпушва и през него се разрежда кондензаторът С'2, а се
зарежда С", с което се подготвя за включване втората клетка.
По такъв начин в изхода на тази схема се получават изместе-
ни на половив период импулси с достатъчна мощност за управ-
>299
библиотека)
v Tujof НезелчеВJ
ление на силовите тиристори. От нейния принцип на действие ли-
чи. че броят на звената може да бъде толкова, колкото е необ-
ходимо.
Разгледаните две схеми далеч не обхващат възможните ва-
рианти на разпредели-
телите. Но тук са обяс-
нени само никои основ-
ни принципи, конто са
еднакви за всички кръ-
гово-броячни схеми. В
прэцеса на фор.миране
иа сигналите в система-
та за управление се на-
лага многократно те да
бъдат преобразувани по
продължителност. В Дис-
кретно изпъднение тази
функция най-добре се
реализира от чакащ
мулгивибратор. На фиг.
9.31 са показани два
варианта на формирова-
тели па импулси с логи-
чески елементи, конто
намират широко прило-
жение в системите за
управление. Разбира се, възможно е и използуването на чакащи
мултивибратори в интегрално изпълнение, но това зависи от
допълнителни фактори.
9.8. ЗАДАВАЩИ ГЕНЕРАТОРИ И ВХОДИМ УСТРОЙСТВА
За задаващи генератори се използуват генератори на синусоид-
нэ напрежение, генератори на правоъгълни или експоненциални
импулси и т.н. Използуването на един или друг тип ЗГ зависи
от обхвата на изменение на изходната честота, нейната стабил-
ност и начина на управление.
Особено разпространение са получили мултивибраторите, бло-
кинг-генераторите, генераторите с ЕПТ, LC генераторите и т.н.
На фиг. 9.32 са показани мултивибратори с дискретни елемен-
ти и с логически интегрални схеми. Характерно за тях е това, че
те са прости и сигурни като устройства, но имат относителна не-
стабнлност на честотата. Регулирането на честотата се постига
чрез изменение на времеконстантата на зареждане на задавашите
кондензатори или на напрежението, до което те се стремят да се
заредят.
ЗОЙ
Широко разпространение като ЗГ е получил генераторы на
Ройер. Тъй като в класическо изпълнение той имаГголяма зависи-
мост на честотата от изменението на захранващото напрежение,
за стабилизацията на честотата се използуват LC кръгове. Регу-
Фи1. 9.32
лиранего на честотата на този генератор става чрез изменение на
параметрите на LC кръга.
За ЗГ се използуват и мкогофазни мултивибратори или гене-
ратори на синусоидни импулси, кон-
то впоследствие се формират от
съответни прагови устройства. Това
е в сила най-вече когато има нуж-
да от стабилна висока честота, кон-
то се получава от LC автогенерато-
ри със съответната стабилизация.
Такива генератори се използуват
особено в цифровите СУ.
За ЗГ на токоизправителите
служат входните устройства. Обик-
новено на входа на СУ на ТИ се
използува трансформатор. Чрез него
се получава необходимата система
напрежения. сфазирана с анодните
захранващи напрежения. На фиг. 9.33
е показана схемата на входен тран-
сформатор, позволяваща да се по-
лучи система от шест напрежения.
необ<одими за управление на дву-
полупериодпите трифазни или едно-
полупериодните шестфазни ТИ. Виж-
да се, че вторичное намотки са намогани по две на всяка
фаза, като всички вторични намотки имат средна точка. Изход-
ното напрежение се взема между общата точка на намотайте и
всеки от нейните кранща. Често пъти синусоидного напрежение
301
на отделяйте канали отначало се формира, а след това се изпол-
зува за управление. Обикновено това напрежение се подава на-
право на входа на синхронизиращия транзистор и неговата стой-
ност се определи от условието за насищаие на транзистора.
9.9- ВАРИАНТ»! НА СИСТ1МИТЕ ЗА УПРАВЛЕНИЕ НА ТИРГСТОРНИ
УСТРОЙСТВА
На фиг. 9.34 е показан вариант на един канал от слектричес-
ка схема за управ пение на токоизправител. За синхронизиращо
устройство служи входният трансформатор Tpt и транзисторът
7\. Когато на вторичната страна на трансформатора има hi аре
Фиг. 9.34
жение с полярност, показана иа фиг. 9.34, транзисторит 7\ е на-
ситен и кондензаторът Сх е разреден. Когато па вторичната стра-
на на Tpt им?, полсжителна полувълна на напрежението, тран-
зисторът се запушва 11о този начин е фиксиран моментът на
запушване спрямо нулата на сипхронизирашото напрежение. Пред-
назначението на съпротивлението 7?, е да ограничава базовия ток
на транзистора, когато тгй е васитен, а на Дх — да не позво-
лява голямо запушвашо напрежение на тиристора.
Генераторы за линейно напрежение е изпълнен с конденза-
тора Сх и транзистора 7'2. Както се вижда, този генератор е с
параметрична стабилизация. Посредством съпротивленията /\2, 7?3
и Т?4 се нагласява режимы на транзистора така, че линейното
напрежение да има необходимата продължителност.
Устройството за пускане е тригер с емитерна връзка, изпъл-
нен с транзисторите Г3 и Т4. Неговото състояние се определи от
стойността на напрежението върху Сх от £7у и от пада на на-
прежението върху 7?у. В момента, в който входного напрежение
стане положително и транзисторы 7\се запуши, напрежението вър-
302
ху С\ е примерно равно нз нула. Следователно Г3 е запушен, а
7'4 отпушен. Постепенно кочдензатоторът се зарежда от токоиз-
точника — Ucc. Когато сумарното напрев евие на базата Т3 ста-
не около нула, транзисторът Ts се отпушва, а 7'4 се запушва.
Фиг. 9.35
На изхода на тригера се получава скок на напрежението, който
през диференциращата трупа C2R9 се подава на базата на тири-
стора Т-:,. От неговото емитерно съпротивление сигналът управ-
лява крайняя транзистор 7’6. Като се изменя стойността на U , се
мени моментът, в който се отпушва транзисторът Т8 и следова-
телно и ъгълът на управление а.
На фиг. 9.35 са показани два прости варианта на схеми за
управление с два канала с възможности за фазово-импулсно ре-
гулиране. В първия случай (фиг. 9.35 а) синхронизацията се из-
вършва при преминаването на напреженията на фазите през ну-
лата, когато транзисторът 7\ се запушва. Тогава започва за-
реждането на С и при достигане на «с до стойност £7р се от-
пушва 7'2, след което и 1\. Колекторният ток, ограничен от
303
формира импулси във вторичните намотки на трансформатора
Кондензаторът С се разрежда, когато мрежовото напрежение
стане равно на нула и 7\ се насища през Т>х,
Недостатък на тази схема е, че управляващите импулси се
подавят и в моменги, когато върху единия от тиристорите има
обратно анодно напрежение. Това е избягнато във варианта на
фиг. 9.35 б, където източник на постоянен ток е токоизправител
с LR веригата, през който кондензаторите С, и С., се зареждат
със съответна полярност, отпушваща за транзисторите 7\ и Г2.
При изравняване на ис с Up съответните тиристори се отпушват
и на изхода се получават управляващи импулси.
Ь*. Синхронизацията в схемата също се осъществява чрез преми-
наване на входного напрежение през нулата.
• На фиг. 9.3о е показан вариант на СУ на еднофазен промен-
ливотоков регулятор, състоящ се от два антипаралелни тиристо-
ра. Схемата е илгьлнена с интегрални и дискретни елементи.
За входного устройство е използуван трансформатор със сред-
на точка, който е сфазирап с анодното напрежение на тиристо-
рите иа регулатора. Принципът на действие на схемата се съе-
тои в следното. Да предположим, че ще разгледаме този полу,
период на изходното напрежение, при който вторичните напре_
жения иа и w имат посоката, показана на фиг. 9.36. При то-
ва положение транзисторът 1\ е отпущен, а Г, — запушен. Щом
се отпуши Ту, на логическите елементи се устаяовяеат състоя-
нията, указами в схе.мата.Вижда се, че транзисторът Т3 се запуш-
ва в момента на отпушване на Ту и кондензаторът Су започва
да се зар₽жда приблизителао по линеен закон през съпротивле-
нието Rs. Напрежението на кондензатора се подава на единия
вход на ОУ, а на другня се подава управляващото напрежение
304
Uy. При изравняване на двете напрежения на изхода на ОУ се
появява сигнал, от който в интегралните схеми след ОУ се ус-
тановяват състоянията, показани на фиг. 9.36. В резултат на то-
ва транзисторът Т4 се насища и предварително зареденият С3 се
Фиг. 9.37
разрежда през него и намотките на управляващия трансформа-
тор Т'р2.
Синхронизацията в схемата се извършва в гмомента, когато
входного напрежение преминава през мулата, защото тогава и
двата тригера с емитерна връзка имат на изхода си единица,
което означава, че транзисторът Т3 ще бъде наситен и С} ще
се разреди до нула.
През другия полупериод състоянпята на двата тригера се
променят, след което по-нататък процесите протичат по същия
начин.
Електрическата схема на СУ на постояниотоков регулятор е
показана на фиг. 9 37. В схемата са предвидени три УИ: два от
тях са с постоянна фазова разлика, а третият има управляема
задръжка по отношение на втория.
СУ се състои от три функционални устройства: ЗГ, опреде-
ляя; честотата на превключване на основния тиристор, фазоиз-
местващо устройство, определящо момента на включване -.на ко-
мутиращия тиристор, и изходни формирователи, които управля-
ват силовите тиристори и отделят силовата схема от маломощ-
ната.
В схемата са ползувани устройства от типа на блокинг-гене-
раторите и тиристорни формирователи па импулси.
ЗГ е конструиран на основата на БГ в автогенераторен ре-
жим (Т) с регулируема честота, определяща се от времекон-
стантата RiC^ Продължителността на импулса на БГ е равна
или по-голяма от задържането, което трябва да има в схемата
между първите два импулса. По такъв начин с предния фронт
20 Тиристорна техника
305
се пуска единияг силон тиристор, а със задния — другият. Ос
вен това намотката wa служи за зареждане на кондензатора С5,
койтэ е захранващ за транзистора 7'2. Напрежението на намот-
ката w6 зарежда базэвия кондензатор С4 с полярност, показана
Фи;. 9..3S
на фиг. 9 37. Сгойността, до конто се зарежда този конденза-
тор, може да се направи зависеща от изходното напрежение на
регулятора и по този начин да се вьведе обратна връзка с цел
стабилизация на изходните параметри на преибразувателя. През
време напаузата в работата на ЗГ С4 започва да се разрежда с
времекоистанта /?7С4. Изменяйки стойнссгта на R7, се изменя вре-
мето на разреждане на този кондензатор до пула, когато се
включва транзисторът Т2 и от иеговия изход се получава импулс
за пускане на комутиращия тиристор на ключа.
Формирователите на импулси са конструирани по схемата на
RC тирисгордите формирователи. Предварително заредепите кон-
дензатори С'3 — Cs се разреждаг през сьпротивленията Т?8—Rlo
и преходите УЕ — К на силовпте тиристори.
Принципната електрическа схема па двуканална схема за уп-
равление на инвертор е показана на фиг. 9 38. Тя се състои от
съвместно устройство — ЗГ — разяределител и тиристорен фор-
мирозател на импулси.
ЗГ е изпъллен по схемата на генератора на Ройер Особеио-
то тук е включването във веригтта иа обратната връзка на ста-
билизиращ трептящ крьг Ьг 2. Регулирането на неговата често-
та може да стане чрез изменение на стойностите на елементите
на този кръ” Както е известно, на н;хода на генератора се по-
лучава променливо прлвэъгълпо напрежение, фронтовете на кое-
то се диференцират от веригите С4 — R2 и С5 — R3 и пускат
306
тиристорите на формирователите 7\ и 7\. Формирователях се за-
хранва от по-високо напрежение и в резултат на това в изход-
ните вериги може да се получи достатъчно голяма мощност за
управление на голяма трупа тиристори, включен в различните
рамена на инвертора. От схемата се вижда, че формирователите
са от типа, на изхода на който се получават импулси със слож-
на форма.
Показаните тук примери са илюстративни. Големите задачи,
конто се възлагат на системите за управление на съвременните
преобразувателни устройства, налагат те да станат все по-слож-
ни. От тази гледна точка широко разпространение с а получили
СУ, изпълнени с интегрални логически елементи. Общата мало-
мощна част на един мощен преобразувател, конто е предназна-
чена да управлява тиристорите, да задействува защитите и сиг-
нализациите, да осъществява регулиране, стабилизация, пуска и
други функции, може да се оприличи с малка управляваща из-
числителна машина.
307
ГЛАВА 10
СПРАВОЧНИ ДАННИ ЗА СЪВРЕМЕННИ ТИРИСТОРИ
10.1. ТИРИСТОРИ, ПРОИЗВОДСТВО НА СССР
Най-разпространени у нас са съветските тиристори. В послед-
ното десетилетие производството на силови полупроводникови
прибори в Съветския съюз придоби внушителни размера, като в
момента само от обикновените тиристори се произвеждат над
100 вида. Тъй като официалните справочни материали, конто са
на разположение на българския читател, винаги малко изостават
от самите прибори, тук ще бъде направен опит за систематизи-
ране на основните справочни Дании на по-известните типове ти-
ристори, както и най-новите, публикувани в литературата [49,
63].
В книгата всички прибори са разделени на 10 типа: маломощ-
ни тиристори, нискочестотни нелавинни тиристори, високочестот-
ни тиристори, импулсни тиристори, тиристори с таблетъчна кон-
струкция, лавинпи тиристори, симетрични тиристори, фототирис-
тори и двуоперационни тиристори.
Не всички многослойни структури, описгни в глави 1 и 2, са
развита еднакво силно. Тиристорите с обратна проводимост, ди-
одните тиристори и оптронните симетрични тиристори се намират
в стадий на разработка. За пракгиката може да бъде препоръчан
маломощният динистор КН102А И с напрежение на включване
20-4-150 V и импулсен ток до 10А.
Мощните тиристори в СССР се маркират с 9 букви и цифри,
схематично изобразени на фиг. 10.1, конто се разшифроват по
следния начин:
1 — буква Т-тиристор;
2 — буква, означаваща принадлежността на тиристора къи
определен клас: Ч—високочестотен, И — импулсен, Л — лави-
нен, Б — таблетъчен, С —
симетричен, О — оптрэнен,
Ф — фототиристор и т. н;
3 — цифра, показваща
номера на конструктивяото
изпълнение (отсъствието на
тази цифра означава, че е
първата разработка);
4 — цифра, показваща класа на прибора по ток — това е
средна стойност на тока за обикновените тиристори и импулсна-
та му стойност за тиристорите от типа ТИ\
т 2 3 4 5 6 7 S
Фиг. 10.1
308
5 — цифра, харакгеризираща ^класа по повтарящо се напря-
жение. Умножена по сто, тя определи повтарящого се напреже-
ние във волтов ;
6 — цифра, показвэща грулата по
7 — цифра, п оказва та групата по £зап;
8 — цифра, показваща групата по /
'tlu \
de I
/доп
'dz \
dF) ’
/доп
9 — число, показващо лада на напрежение върхУ тиристсра
(във V) в право отпущено състояние.
Многообразието от прибори и различните години на тяхното
производство е довело до някои различия на маркировката им, но
те са незначителни и обикновено се обясняват в справочните ли-
стове на заводите производители. Най-често мощните тиристори
се означават с буквата Т, а за маломощните по-характерно е
буквеното означение КУ. Все още се срещат старите означения
на тиристорите, като например ВКДУ-1000 5, ВКДУС-125 и т. и.
В табл. 10.1 са нанесени квалификационните стойности на па-
Характер ю за маркировката на симетричните тиристори е то
ва, че за тях вместо групата по критично нарастване на правото
напрежение се посочва трупа по допустима скорост на нараства-
не па напрежението след комутацията.
Ако в маркировката липсва групата или тя е нулева, това зна-
чи, че приборът не се нормира.
Маломощна тиристори
Намират широко приложение в импулсните схеми, в маломощни
регучатори, в схемите за тиристорно запалване, в цветомузикал-
309
ни установки и т. н. Обикновено това са прибора с ток до 10А
и напрежения до 600 V. По габарити те са по-малки и са в кор-
пуса на маломощна или средномощни диоди или транзистори.
Основните електрически параметри на маломощните тиристори са
показали в табл. 10.2.
Таблица 10.2
Тип на тиристора 1 , а А и , а V Уут, 7обр , mA / УДар А 1 ,| t , 1 отп | t зап» | & dt Mil* 1 'у, го А и , У V
КУ 101 0,075 504-15 ) 0,15 2 33 100 0,14-5 0,25 = 8
КУ 1:3 О.1 154-100 0,5 — и,29 2,5 10 15 —
КУ 106 0,05 3j 0,01 — — — 10 10 —
КУ 109 3 5! 04-700 0,7 —. - - Ю4-15 504-500 150 —
КУ 111 0,3 20)4-4 0 0,5 — 1 — 2> 50 100
КУ 201 $ 254-300 5 30 ю 1.10 О 200 6
КУ 202 ,0 1404-100 10 3 1 10 150 5 200 7
КУ 2: 3 5 51-4-20 ' 20 - — । 3 1 7 20 — —
КУ 2 -8 10 100—401 5 30 1 1 —• 250 7
Нискочестотни тиристори
Използват се в честотен обхват от 50 до 400 Hz. Намират ос-
новно приложение в токоизправителните схеми на регулаторите
за променлив ток и зависимите инвертори. Това е най-широко
разпространеният тип тиристори. В табл. 10.3 са показана пара-
метрите на широко разпространени типове нискочестотни тири-
стори. Таблицата е достатъчно пълна, като са взети обобщени
стойности на параметрите.
В таблица 10.4 са нанесени основните параметра на този тип
тиристори, които все още не са широко разпространени в Бълга-
рия, но които в момента се произвеждат в СССР. Поради отно-
сителната им новост не за всички могат да се намерят толкова
пьяни данни, както това е направено в табл. 10.3. Сравнението
на основните електрически параметри показва. че с увеличаване-
то на номера на разработката се подобрява един или друг от
основните параметри на тиристорите.
Лавинни тиристори. Намират приложение в токоизправите-
лите, променливотоковите и постояпнотоковите регулатори и в
инверторите, където са възможни пренапрежения. Характерно за
тях е относително ниският им клас по напрежения (от 3 до 9 -
вж. табл. 10.4). Интерес предстсвляват тиристорите ПТЛ, конто
освен лавинна характеристика имат и относително добри дина-
мични параметри, благодарение на което са намерили приложение
и във ВЧ инвертори.
Ьисокочестотни тиристори. Характеризират се с малки вре-
мена на запушване, малки преходни загуби при включване и за-
310
(пушване. но са с относителпо писки класове по напрежение
табл- Ю-4). Характерно за тях са относителпо големите стойности
иа управляващите токове. Както беше отбелязано в глава 3, за
различимте режими на работа се препоръчват различии параметри
на ан эд пия токов импулс. Отделяяето на тиристорите от типа ТЧ
като клас високочестотни е малко условно, тъй като н другите
типозе мигат да се използуват във ВЧ схеми, които позволяват
да се получат по-големи времена на запушване
Динамична тиристори. От привелените дапни в табл. 10.4
-ее вижда, че тези тиристори имат относителпо малки времена на
отпушвше, съчетани с високи класове по напрежение. Другите
им параметри не се отличават особено от остаиалите видове ти-
ристори.
Импулени тиристори. Намират широко приложение в гене-
раторите на мощни импулси. Ог представените типове в табл. 10.1
<е вижда голямото им рззиообразие но клас на аноден ток от
1 А до 3000 А. Общо взето, за силнотоковите прибоэи е харак-
терен кратковременният режим на работа. Интерес представлява
тиристорът ТЧИ 100, който има добри времена за запушване.
Бързодействуващи тиристори. Един доста условен клас прн-
борн. харак'геризиращ се с относителпо високи класове по ток и
комплексно подобрени динамична параметри. С особена сигур-
ност се отличават тиристорите с таблетъчна конструкция от типа
ТБ 31 тях е характерец обаче отноептелно ниският клас по на-
прежение. В това отношение интерес представляват тиристорите
от типа ТВ.
Симетрични тиристори Тук е характерно голямо разнооб-
разие на симетричниге тиристори от класове по ток и напреже-
ние, конто са приведена в табл. 10.4. Те представляват несъмнен
интерес, тъй като позволяват да се покрие цялатз гама от мощ-
ности. необходима за променливотоковите регулатори, в конто
досега често се използувэха антипаралелно свързани обикновени
тиристори. От маломощните тиристори, показани в габл. 10.2,
симегрнчеп е тиристорът КУ 208.
Фото и опт ронни тиристори. Несъмнен интерес представ-
ляват опгронните тиоистори със своте богата възможнэсти по
момлнални токове и повгарящи се напрежения. От табл. 10.4 се
вижда, че на сегашното ниво на развитие този тип прибори имат
отноептелно ниски класове по Характерни са много малки-
те електрически мощности ш управляващите импулси, с което те
ставят прибори с най голяи коефициент на усилване пэ мощност.
Двуоперационни тиристори. Приведениге даняи на ДОГ
(табл. 10.5) показват отнэсително наските електрически парамет-
ри не. този клас прибо ш. Обяснеиията за това бяка дадени в гла-
ва 3. Тук не се привеждат примера на тиристори с комбпн 1рзно
Таблица 10.3
дП и Кл асове по Г рупн. по ; \ ‘ / Вроме на отпуш-1 ване, t , /is - — Над нн напреже- ппето в права посока Jf/np. V П ригово напреж е- ; не /70, V 1 Динамично съ« противление тР Управлявашо напрежение Управляващ ток I / , mA У
поминален среден ток / . д «2 • номинално , повтарвщо се' 1 напрежение 1 к •? h *14 1!
1 2 | 3 1 4 15 1 6 1 7 1« 8 1 9 10 1" 12
Т25 25 0,5—12 1-5 1—4 2-4 i10 1,9 1,3 8 5,5 200
Т50 50 0,5—12 1 —5 1—4 2-3 10 1,75 1.2 3,36 7,0 300
Т100 100 0,5—12 1—5 |,-4 2-4 10 1,95 1,3 2,0 7,0 300
Т160 160 0,5—12 1—5 1—4 3—5 10 1,75 1,18 1,07 7,0 300
Т25О 250 1- 22 1-5 1—2 1—3 30 2,3 1,44 0,112 5,0 300
Т320 320 1 — 16 1—5 1—2 1—3 30 2,1 1,3 1 0,078 8.0 400
Т500 500 1—16 1-5 1—3 1-3 30 2,1 1,3 0,65 7,0 410
ТВ200 200 0,5—12 1-5 1-4 1-2 20 1,95 1,3 1 1,00 7,0 300
ТВ500 500 1-12 2-5 1—2 1—3 40 2,7 1,38 0,82 8,0 60 )
ТВ630 630 1—12 2-5 1—2 1-3 40 2,5 1,17 0,67 8,0 600
ТВ800 800 1-12 2—5 1-2 1-3 40 2,5 1,17 0,52 8,0 600
ТЗ-160 160 6-22 1—6 1—2 1 -3 30 1,95 1,27 0,13 8,0 400
ТЗ-2С0 200 6—22 1—6 1-2 1-3 30 1,85 1,20, 0,!0 8,0 400
Т6-10 10 1-16 1—5 2-6 1 10’ 2,1 — — 4,0 250
T9-100 100 4—22 1 -5 1—2 1—3 30 2,3 1,44 । 0,28 5,0 300
T9.160 160 4—22 1-5 1—2 1-3 30 1,9 1,37 0,106 5.0 300
Т9-200 200 4—22 1-5 1-2 1—3 30 1 9 1,37 0,82 5,0 ЗОО
Т9-250 | 250 4—12 1—5 1-2 1-3 30 I 1 — 5,0 зоо !
'Ж
3J2
— Ток па задържане । w 7 3 д. шЛ Ударен ток с j Z продължитедноет 1 ms /уд. А ударен ток с ! ~ 1 продъл жителя ост 10 ms /уд. А _ / i-dt, A?s ° с продължител- ноет 1 !ПЗ J 7- dt, A-s '* с продължитвл- ност 10 ins Неповтарящо се ~ напрежение г/реп. V — ’ Препоръчвэно работно напре- жение Uра(5» V !Ефсктивиа стой* о ноет на тока № (IrtnOTPU Tnw w ьэ ток на утечка : ^обр’ ^ут* тА Rvrnpiiinn vrT^MO- . ! вено топлннио 13 сопротивление 7?tB- ‘О иощо устанивени 1 к | топлннио съпро- 1 \ тивление 7?^ °C/te
220 800' 1200 800 3200 60—1340' 40-960 39 10 0.9 5,09
220 2400 1500 2100 11000 60-1340 40—960 78 15 0,5 1,85
220 1 4200 ; 3000 8000 45000 60—134о! 40-960 157 20 0,21 1.48
220 4800 3300 11000 54450 60—1340 4.-960 250 20 0,16 1,42
350 8000 (5000 32800 ч 12500 110-2460 80-1760 500 50 0,3 0,63
350 8000 5000 >32800 125000 110-1800 80—1280 500 40 0,3 0,63
350 *12000 7000 72000 24500 110-1800 80 — 1280 785 50 0,15 0,274
220 5000 350') 12500 61250 60—1340 40—960 314 40 0,19 0,30
150 8100 5000' 32800 125000 110—1340 80-960 800 40 0,3 0,105
150 12000 7000 72000 24500 110-1340 80-960 1250 40 0,15 0,081
150 12)00 7000 72000 245000 110-1340 80-960 1250 40 0,15 0,81
40 3500 2400 6125 2880') 670—2460 480—1760 250 50 0,14 0,82
10 4800 0030 11520 45000 670—2469 480—1750 320 50 0,12 0,80
— •— 2000 __ — 110-1800 — 6 — —
150 4800 30)0 11590 15030 450—2460320—1760 400 40 1,34 0,3
150 6400 4000 20500 80000 450—2460 320—1760 400 40 1,34 0,3
150 7200 4500 25900 101250 > я * 0,76
150 — . — 450-1340 320—960 400 40 0,76 0,3
313
Таблица 10.4
Тип Класове по Групи по *ОТП’ Д S Д^пр V 4у • mA V 7УД’ mA 1 !ут • Лзбр • 1 mA
иа du dt ^зап di dt
1 2 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Т10-10 1—12 10 2—6 24-4 2-5 10 1,85 200 3 75 3
Т10-12 1—12 12 2—6 2—4 2—5 10 1,85 200 3 75 3
Т10-16 1—12 16 2—6 2—4 2—5 10 1,85 200 3 75 3
Т10-20 1—12 20 2—6 2—4 2—5 10 1,85 613 3 75 3
Т10-25 1—12 25 2—6 2—4 2-5 10 1,75 613 3 75 3
Т10-40 1—12 40 2—6 2—4 2—5 10 1,75 800 4 150 6
Т10-63 1—12 63 2—6 2—4 2—5 10 1,75 ЮОО 4 150 6
Т10-80 1—12 80 2—6 2—4 2—5 10 1,7,5 1200 4 150 6
Т11-10 13—22 10 2—4 1 2 20 2,7 150 4 150 20
ТП-12 13—22 12 2—4 1 2 20 2,7 180 4 150 20
Т11-16 13—22 16 2—4 1 2 20 2,7 240 4 150 20
Т11-20 13—22 20 2—4 1 2 20 2,7 300 4 150 20
Т11-25 13—22 25 2—4 1 2 20 2,7 375 4 150 20
Т11-40 13—22 40 2—4 1 2 20 2,7 600 5 200 20
Т11-50 13—22 50 2—4 1 2 20 2,7 750 5 200 20
711-63 13—22 63 2—4 1 2 20 2,7 950 5 2;0 20
Т11-80 13—22 80 2—4 1 2 20 2,7 1200 5 200 20
Т14-1С0 3—16 1002—6 1—4 2—6 25 1,75 2000 3,5 200 15
Т14-125 3—16 125'2—6 1-4 2—6 25 1,75 2500 3,5 200 15
Т14-160 3—16 160 2—6 1—4 2—6 25 1,75 3300 3,5 200 15
Т14-200 3—16 200'2—6 1-4 2—6 25 1,75 5)00 3,5 200 30
Т14-250 3—1b 250 2—6 1-4 2—6 25 1,75 6000 3,5 2000 30
Т14-320 3—16 32012—6 1—4 2—6 25 1,6 7000 3,5 200 30
Т15-32 4—18 32 4—6 2—4 3—5 20 2,4 800 3 25 Ю
Т15-40 4—18 40 4—6 2—4 3—5 20 1,9 1000 3 25 Ю
Т15-80 4—18 80 4—6 2—4 3—5 20 2,0 1700 4 300 15
Т15-100 4—18 100;4—6 2—4 3—5 18 1,6 2100 4 300 15
Т15-12й 4—18 125 4—6 2—4 3—5 20 2,05 2900 3 300 20'
Т15-160 4—18 1604—6 2—4 3—5 20 1,8 3400 з 300 20
Т15-20° 4—18 200'4—б'2—4 3-5 20 2,05 4000 4 300 25
Т15-25° 4—18 250 4—б'2—4 3—5 20 1,7 4510 4 300 2с>
Т16-40° 10—2о 400 4—6 1 —2 3—5 20 2,0 8000 4 250 Зи
Т16-5°° О—20 500 4—6 1—2 3—5 20 1,8 9000 4 250 30
ТЗ -320 16— 24 320 4—6 1—2 5—6 25 2.36 6500 7 400 40
Т4 -5°0 *0—2? 500'4—6 1 5—6 30 2,3 12000 7 400 40
Т630 10—24 630 4—6 1 4—5 30 2,3 13000 7 400 50
Т800 10—24 8004—6 1 4—5 30 2,1 14000 7 400 50
314
Продължение на табл. ЮЛ______________
I Лавинни тиристори
2 3 4 5 1 6 7 8 9 10 1 11 12
ТЛ2-100 3-9 100 2—6 1—4 2 20 2,3 3000 7 300 30
ТЛ2-160 3—9 160 2—6 1—4 2 20 1,9 3500 5 300 30
ТЛ2-200 3—9 200 2-6 1—4 ' 2—3 20 1,6 4000 5 300 30
ТЛ250 4—10 250 1-6 1—4 2 15 1,8 4000 8 400 40
ПТ Л 50 2—10 50 —• 5~9 — 1 — 10 0 8 430 12 400 "1
ПТЛ100 2—10 100 — 5—9 — 1—10 0,8 92) 12 400 —
П ГЛ 150 2—10| 150 — 5—9 1 1 — 10 0,8 1433 12 400 —
Високочестотни тиристори
ТЧ25 1—9 25 1 1 3—5 6—9 4—5 5 3,05 700 2,5 500 20
ТЧ40 1—9 40 3—5'6—9 4—5 5 1,95 900 2,5 500 20
ТЧ50 1—9 50 3—5 6—9 4—5 5 2,9 1700 2,5 750 30
тчзз 1—9 63 3—5 6—9 4—5 5 2,35 2000 2,5 750 3')
ТЧ80 1—9 80 3—5,6—9 4—5 5 26 2400 2,5 800 30
тчюп 1—9 100 2—5 3—7 4—5 5 2,3 3000 2.5 800 35
ТЧ125 1-9 125 3—5 6—7 4—5 5 1,85 3400 2,5 800 35
Динамични тиристори
ТД20 1—24 20 2—6 1—4 1—5 5 2,0 300 3,0 600 6
ГД4О 1—24 40 2—6,1—4 1—5 5,5 0,95 600 3,0 600 6
ГД63 1—24 63 2—6 1-4 1—5 6,5 2,25 1100 4,0 450 8
тдьо 1—24 80 2—6 1—4 1—5 7,0 1.8 1400 40 450 8
ТД100 1—24 100 2—6 1—4 1—5 7,5 1,45 1600 4,0 450 8
ТД125 1—20 125 2—6 1—4 2—6 8,0 1,5 1900 4,0 600 10
ТД160 1—20 160 >—6 1—4 2—6 8,8 1,25 2300 4,0 600 10
ТД250 1 — 18 250 2—6 1—4 2-6 10 1,15 3500 4,0 600 15
ТД320А 1 — 18 320 2—6 1—4 2—6 11 1,05 4000 4 0 600 15
ТД320Б 1 — 18 320 2—6 1—4 2—6 И 0,9 4250 4,0 660 15
Импулсни тиристори
КУ 108 6—10 2 2 3—6 0,8 .— „ 2,5
КУ210 4—6 20 2 2 6 2 1,8 — —- — 5.0
КУ211 6—10 20 3 6—7 4 — — — — — 10
КУ215 8—10 2 2 3 — 0,7 0,35— 1,7 — — — 5
КУ216 1—8 1 2 4—7 — 0,45 2,0 — — — 0,5
КУ218 14—20 20 3—4 1—2 4 — 3,5 7,0 500 15
КУ219 8—12 20 2-4 3 5 — 2,0 —- — — 15
Т4И100 4—9 100 3—6 6—7 8 1,3 2.0 2000 2,5 300 25
ТИ800 3—9 800 4 8 5 5 — ——• 4,0 1500 ——
ТИЛ2- 4—12 11200 — 3 — — — — Ю—15 2000 —
1200 3000
Ти-1600 3—9 1600 4 8 5 5 — — 4,0 1500 —
ТИ-jOO 3—9 зооо 4 8 5 5 — — 4,0 1500 —
Продъпжеиие на табч. 10.4
2 3 4 5 6 7 | 8 9 1 10 1 11 1 12
БтрзодеПстеуващи тиристори
ТБ2160 3—12 ! 160 !3—6 5—7 4 -6 1 2,0 4000 5.5 351»
ТБ2-200 3—12 200 : 3-65-7; 4-6 2.4 4500 5,5 .>.0
ТБЗ-200 3—10 1200 ,3—6 5—7 4-6 5 ' 1.7 4500 5.5 350 —
ТБ-250 3-10 ; 250 3—6 5—7 1 -6 5 2,0 5000 5,5 350 —
ТБ-320 3-12 , 320 ,3-6 5-7 4— > 2,5 6000 5 5 400
ТБ-400 3—10 , 100 3—6 5-7 4—6 5 2.5 700.» 5.5 400
Т5-160 3—10 160 '2—5 5 — ' 2-4 ( 1,96 3500 8.0 500
Т 5-200 3—10'20.) 2—5 5-9 2 —4 7 1.7 3500 8.0 500 .—
ТВ5-250 3—10 i 250 ]2—5 5—9i 2—4 7 2.2 3500 8,0 500 —
ТБ5-320 3-1С 1 320 2- 5(5—9' 2—4 / 1,88 3500 8,0 500
Тб-200 3—10! 200 '2—0 5—9 2—4 5 1,05 3500 8.0 500 —
Тб-250 3—10 , 250 2—5 ,5 9 2—4 0,85 4000 8,0 5(»0 —
ТВ 7-320 ,3—Ip . 320 5-9 2-4 1.2 4000 8,'» 500 —
ТВ-400 3 — 10 ; 4UU 2—O|t>—9 2 -4 5 1.15 i 4000 8.0 500 —
Фототиристори
ТФ-5 0,5 3 : 5 1 :i 2 ! 2-3 ! i ' 0.75 1 I 1 1
ТФ-10 1—7 i ю 1—2 2-3 — 0,8 ! — 3
ТФ-100 1—14 100 11—2 1 2—3 1 0.9 i — 10
Симетрични тиристори 1
ТС-10 3-12 i » 2—4 i — 1-2 12 3 ' 100 3,5 100 3 1
ТС2-10 3—11 I 10 2—5 '2—3 i 12 2 110 5 150 5
ТС2-16 3—11 1 16 2—5 1 — 2-3 12 2 130 5 150 5
ТС2-25 3 -11 25 2—5 2—3 12 2 150 5 150 5
ТС2-40 3-11 40 2—5 — 2—3 20 2 180 7 250 10
ТС2-50 3-11 50 2—5 -— 2-3 20 2 200 7 250 10
ТС2-63 3 -11 63 2—5 — 2-3 20 2 230 7 250 10
ТС2-80 3—11 80 2 -5 — 2—3 29 9 330 7 250 10
TCI4-100 2—12 100 1—6 1-3 20 1,45 1000 5 100 15
ТС 14-125 2—12 125 1-6 1—3 20 1,45 1200 5 400 15
ТС14-163) 2—12 160 1-6 — 1—3 20 1.45 1600 5 400 15
ТС14-21Ю1 2—12 200 1-6 1—3 20 1.45 1800 5 400 15
ТС! 4-250- 2—12 25u l-6 — 1—3 j 20 1,35 2000 5 400 15
OnmpOHHii тиристори
ТО-6,3 3—10 6,3 1-3 1-5 1—2 10 1.65 200 1.6 60 10
ТОЮ 3—10 10 1 — 3 1—5 1—2 10 1,4 250 1.6 60 10
Т02-10 3—10 10 1—3,2—4 1—2 30 — 250 20 209 10
ТО2-4Э 3—>0 40 1—3 2—4 1—2 3) — 809 2,0 200 10
ТО2-Ю0 3—13 100 1-3 1-3 1—3 30 — 2000 3 200 30
102-160 3—13 161 1—3 1-3 1—3 33 — 3000 3 200 30
ТО2-250 3—13 250 1—3 1—3 1-3 30 4000 3 230 40
ТО 2-320 3—13 320 1—3 1—3 1—3 30 — 5000 3 200 4 i
Таблица 10.5
> Отпушващ Запуппза’Ц 5 2 i <
о £ о импулс импулс КИ1 за 1Я /25 1 йФ :з%-
Тип чЕ О У к — X S - га I £ о “
* S % о /+. . У У У и—, У g. с_ а гС-| О Ь 5 Ю Я £
Е < mA V гаА, V
КУ204А 50 1 450 2 400 3 120 20 2
К У204 Б 100 1 450 2 400 3 12J 1 20 2
КУ204В 200 I 450 2 400 3 120 20 2
изключване. за които в последно време се появиха съобщения в
литература!а, но няма литературни данни за конкретни типове
прибери. При тях запушването става чрез едновременно подаване
на обратно анод но напрежение и запушващ импулс на управля-
ващия електрод.
10 2. ТИРИСТОРИ, ПРОИЗВОДСТВО НА ЧССР
Голямо и разнообразно е производството па тиристори в ЧССР.
Традиционно доброто ниво на електронната и електротехничес-
ката промишленост в Чехословакия спомогна в производството
на тиристорите в страните на социалистический лагер тя да бъде
на второ място след СССР. Характерна е широката гама на мно-
гослойни прибори, производството на които е разделено между
двете големи фирми Tesla (отноептелно маломощни прибори) и
ЧКД (тиристори над 20 А).
Маркировката на мощните чешки тиристори е подобна на та-
зи на съветските с някои особености, кас; ещи главно цифровнте
означения. На фиг. 10-2 са показани условните означения на мар-
кировката на тези тиристори, които се тълкуват по следния на-
чин :
1 буква Т — тиристор;
2 буква, характеризираща тиристора, без буква обикно
т 2 з — 4 5 6
Фиг. 10.2
вен тиристор, V - тиристор с висок клас по напрежение, S —
специален тиристор с гарантирани високи параметри, А/ — тири-
стори, непрепоръчвани за нови разработки, R — бързодействуващ
тиристор с малко време на запушване;
317
3 , 4 и 5 — трицифрено число, характеризиращо типа на кон"
струкцията на тиристора; 9, 5, 5 — обикновена конструкция с
едностранно охлаждане; 9, 5. 6 и 9, 5, 7 — таблетъчни конструк-
ции с различен размер;
6 — буква, характеризираща конструктивните особености на
прибора;
7 , 8, 9 и 10 — едно-, две-, три- или четиризначна цифра, опре-
деляща средната стойност на анодния ток (клас на тиристора по
ток);
11 и 12—-двузначна цифра, определяща класа на тиристора
по напрежение (умножена по 100, дава анодното напрежение на
прибора);
13 — буква, определяща групата на тиристора по стойността
на пада на напрежение Д/7пр в права посока. В справочните Дан-
ии се използуват буквите от А до Y на латинската азбука. Най-
ниската трупа съответствува на А и се определи с A7/nf>=
=0,935+3% V; най-голямата трупа Y имат тиристорите с Д77Пр==
= 2,6±3% V. Стъпката между отделните групи не е равномерна
и се движи от 0,05 V в началните групи до 0,12 V за крайните
групи;
14 — буква, определяща групата на тиристора по Из-
ползуват се буквите О, В, D, Е, Н, L, N, R, съответно О — за
тиристорите с нерегламентиран показател В — 20V/ps..
А/ — 1000 V/p,s и R — 2500 V/ps;
15 — буква, определяща групата на тиристора по Изпол-
зуват се буквите ; О — за нерегламентиран , В — 20 A/ps,
D — 40 A/ps, Е— 70 A/ps, Н— 100 A/ps и К— 200 A/ps;
16—буква, определяща групата на тиристора по време на
запушване: Е — 20 ps; G — 25 ps; Н — 30 ps; I — 40 ps;
Z. — 50 ps и N — 70 ps.
В таблица 10.6 са приведени основните параметри на мощни-
те тиристори. Трябва да се отбележи, че са дадени точните
стойности на средния ток, повтарящото се анодно напрежение, па-
раметрите на управляващия импулс и токът на утечка. За пара-
ми „
метъра са дадени максимално възможните стойности. Обик-
новено приборите от даден тип се класифицират на няколко гру-
пи по с по-малки стойности. Типични групи са 400, 600,
1000 V ; 200, 500, 1000 V и т. н.
ps ps
318
Таблица 10.6
К £ Номинален среден ток ZQ, А, Клас по напрежение а •о ‘•2 * 3 S 5 з1 Време за запушване /зап да „ at А Параметър . — 1 Време за отпушване /отп, Пад на напрежението в права посока, V Управляващ ток, mA Управляващо напрежение, V Р . t, A5s i 7уТ» ^обр’ тА
[ ч 2 1 3 1 4 1 5 1 61 71 8 | 9 1 ’° 1 11
Т16-201 16 1—12 20,200 20,20 20 3-5-6 0,84 80 34-5 ПО 6
Т1 6 220 16 1—12 20,200 204-40 20 6 1,65 100 34-5 но 25
Т25-201 25 1 — 12 10,200 20; 20 20 34-6 0,82 80 34-5 310 6
Т25-220 25 1—12 20.200 20,25,40 20 6 1,05 100 34-5 312 25
Т100 R-202 100 2—12 400.600, 1000 30,40,70 20,50 100 34-6 2,65 300 4,5 13500 30
T160R-202 160 2—12 20,200. 600,1000 •30,40,70 20.50 100 34-6 2,35 300 4,0 20000 30
Г 955-63 6.3 1—20 200,500, 1000 150 40,100 6 1,97 500 5,0 16200 30
TV955-63 63 1—20 200,50, 1000 150 40,100 6 1,97 500 5,0 16200 30
Т955-100 100 1—20 200,500, 1000 150 100 6 1,96 500 5,0 16200 30
TV955-100 100 1—20 200,500, 1000 150 100 6 1,96 500 5,0 16200 30
Г955-160 160 1—12 200,500, 150 100 6 1,61 300 5,0 45000 30
1000
TV955-160 160 14—20 200 500, 1000 150 40 6 1,77 300 5,0 36400 30
Т955-200 200 1—12 200,500» 1000 150 100 6 1,59 300 5.0 80000 30
Т955Е-200 200 1—12 200.500, 150 100 6 1,59 300 5,0 80000 30
1000
TV955-200 200 14—20 200,500, 1000 150 40 6 1.75 300 5.0 45000 30
TN955-200 200 1 — 12 20,200 150 20 6 1,83 300 5,0 49000 30
TN955E-200 200 1—12 20,200 150 20 6 1,83 300 5,0 49000 30
1 200 ,500,
Т955-250 250 1—12 1000 200,500, 150 100 6 1,50 500 5,0 80000 30
Т955Е-250 250 1—12 1000 150 100 6 1,50 500 5,0 80000 30
TN955-250 250 1 — 12 20,200 150 20 6 1,6 700 5,0 80000 30
TN955E-250 1 250 1—12 20,200 150 20 6 1,6 700 5,0 80000 30
319
Продължение на табл. 10.6
1 1 2 1 3 1 ч 1 5 1 6 1 71 81 ‘J 1 10 11
Т956-160 160 1-20 200, 500, 1000 150 40, Ю0 6 2,34 500 5,0 45000 30
TV956-I60 160 1-20 200, 500, 1000 150 40, 100 6 2,34 500 5,0 45OUU 30
Т956-200 200 1-12 200, 500, 1000 150 100 6 1,7 500 5,0 80000 30
TV956-200 200 14-20 200. 500, 1000 150 40 6 1,9 500 5,0 45000 30
Т956-250 250 1 -12 200. 500, 1000 150 100 6 1,69 500 5.0 j80000 30
TV956-250 250 14-20 200, 500, 1000 150 40 6 1,89 500 5,0 45000 30
1956-320 320 1-12 200 500,1000 150 100 6 1,55 500 5,0 I05 30
TV967-320 320 16-30 2500 400,250 20.50 25 3,3 700 5,0 18. 104 70
TV96 7-400 400 16-30 2500 400,250 20,50 100 25 2,67 700 5,0 245. 103 70
TV967-500 500 4-20 2500 300,150 200 15 2,16 500 3,0 320. IO3! 70
Т967-500 500 4-20 2500 300,150 100 200 15 2,16 500 3,0 320. I О3 70
Т967-630 630 1-12 2500 до 2500 250 100 15 1,81 500 3,0 405 . 10= 70
Т 967-800 800 1-2 100,200 250 100 200 15 1,53 500 3,0 5.10’, 70
ТР967-320 320 1-12 100,200 20-50 200 — ч л 700 5,0 18 . 104 70
ТР967-400 400 1-12 100,200 20-50 200 9,4 700 5,0 245. 10s 70
ТР967-500 500 1-8 100,200 20-30 200 — 2,1 700 5,0 32. 104 70
Времената на запушване, показани в таблицата, са максимал-
но възможните. Обикновено и тук има класификационни стоимо-
сти, конто съответно определят тиристорите в групи с по-ниски
времена от показаните в таблицата. Допустимите нарасгвания на
анодния ток също са дадени с максималните си стойкости. По-
вечето от приборите също се класифицират и по този параметър.
Често приборите, особено по мощните, се разделят и по над на
напрежението в права посока Д£7пр. В таблицата са показани ми-
нималните Д/7пр. Управляващият ток и напрежение се отнасят
за най-тежки режими на работа. Параметърът 14 също е пока-
зан за най тежък режим на работа. Допълнителни сведения за
приборите могат да се получат от [56].
В таблица 10.7 са дадени основните параметри на относител-
но маломощните чешки тиристори. Вижда се, че тези прибори се
маркират доста различно. В таблицата КТ501-5, КТ710-14, КТ701-8
се различават един от друг само по анодното напрежение. За,
други прибори това отличие е дадено с друга маркировка като'
КТ/50, 100, 200, 300, 400; КТ206/200, 400, 600; КТ401/50, 100’
200, 300, 400, 500, 600, 700.
320
Тиристорите KTI19 и КТ120 са специглко раграбстсьи ег бло-
ковете за развивка в телевизорите. По тази причина токът 1а в
първата графа не е средна. а импулсна стойност. Във втората
графа са дадени напреженията в права и обратна посока
Тиристорите КТ 128 и КТ119 имат паралелно свързан диод.
[ (редлагат се също диодни симетрични тиристори типове
Таблица 10.7
/а . А '• >. v 7ут Ах>р’ шл 'уд- mA Д V, V 'у • mA /.зап» /4S V ^ОТП’ A s
КТ501-505 1 50—400 ».з 17 1,7 10 40 60-480 2
ГК506 1 400 0,5 17 з 0,24-1 400 —
К1 508,50 - 50 60
КТ508/400 0,8 400 0,5 1J 1 7 14-2 — 480 —
КТ511 0,8 400 0,5 25 1,7 25 20 400 —
КТ710 — 50 60 —
КТ714 3 400 0,5 20 2 15 — 480 >
КТ701-2 50 50
КТ708 15 700 3 50 1,7 40 700 —
КТ206/200- 3 200 0,5 20 1,7 10 2'0 —
К1206/400 3 400 0,5 20 1,7 10 400 —
КТ206/600 3 600 0,5 20 1,7 10 —• 600 —
КТ401/50, 50 0,5 17 1,7 10 - 50 100 —
100
200, 300, 400 100 0.5 17 1 7 10 — 700 —
500,600,700 1 700 0,5 17 I 7 10 — 800 ——
КТ119 12* 750/50 1.5 100 Q 40 2,4 750 .—
КГ120 22* 760/50 1,5 100 V з 40 4,5 750 —
КТ128 30 700 1,5 100 3 40 4,5 800 —
КТ 129 30 750 1,5 100 Q 40 2,4 — —
। кто 1 30 750 1,5 20 3 40 40
Таблица 10.8
Тик /й, А va- v ^ут» mA /уд, ! in А А v 7У ’ mA ^зап ’ /с -S ^ОТП’ д S
КТ205/200 (400, 600) 3 200— 600 1,0 30 — 40
КТ207/20) (400, 600) 5 200— 600 1,0 50 — 80 — —
КТ772(773. 77.4) 6 200— 600 1,0 50 — 80 — —
КТ730/700 (800, 900) 6 700— 900 1,0 5) — 80 — —
КТ782 (783, 784) 10 20— 600 1,0 50 —— 80 — —
К 1729/700(800. 900) 10 700— 900 1,0 50 — 80 — —
КТ728/400 (600, 800) 15 400— 800 l.o 75 — 100 — —
21 Тиристорна техника
321
KR205, KR206, KR207, конто имат съответни напрежения на пре-
включване 26±4V; 32±4V; 38+4 V и са за ток до 1 А.
Основните параметри на симетричните тиристори с а показана
в таблица 10.8, От таблицата личи, че различните класове по на-
прежение от един клас по ток с а съответно групирани и освен
по напрежение те не се отличават по други параметри-
10.3. ТИРИСТОРИ, ПРОИЗВОДСТВО НА ПНР
През 1974 г. известната полска фирма за електронни елемен-
ти и устройства Unitra закупи лиценз от американската фирма
Westinghause и в завода си Lamina започпа производството на
мощни тиристори за различии предназначения. Характерно за
производството на приберите е стремежът на конструкторите да
обединяват многослойните структури с цел да повишат специфич-
ните мощности на отделимте прибори или модули. Интерес
представляют обединяванията в един корпус на диодни и тирис-
торни структури- В производството на приборите се използуват
Таблица 10.9
Тип Клас по ток, А 1 Клас по напрежение dv v Параметър — , 1 di А Параметър——. —— at ц s Време за запушване Lan1 s 1 Време на отпушване I ?ОТП' **s Управляващо напрежение, иу, V 1 ток /у , mA ; Пад на напрежението в пра-| ва посока, V j Парамерър Pt, A2 s Ток на задържане, mA
3 са д с и с
Т00-40 40 1-15 3 )0 50 100 4 3 100 1.7 6. 103 40
Т01-40 40 1-15 30 > 50 100 4 3 100 1,7 6 . 10s 40
ТОО-08 80 1-15 300 50 100 4 3 100 1.3 10 . 103 40
Т21-125 125 1-15 300 100 100 5 3 150 1,6 45 . ГО3 50
Т20-20!) 200 1-15 300 100 100 5 3 150 1,4 66 . 103 50
Т20-300 3'0 1-15 300 100 100 5 3 150 1,15 120 . 103 50
+00-250 250 1-22 300 100 150 7 3 150 1,8 205 . 10s 100
Т00-300 300 1-22 300 100 150 / 3 150 1,6 295.103 100
ТОО-350 350 1-22 300 100 15) 7 3 150 1.4 416. 103 100
Т20-350 350 1-28 300 100 150 7 3 150 1,8 205 . 10я 100
Т20-45 ' 450 1-28 300 100 150 7 ;•* 150 1,6 295 . 103 100
Т20-550 5 50 1-28 300 103 15 > 7 3 150 1,4 416 . 103 100
Г20-600 600 1-20 200 100 150 5 3 200 1,7 600 . 10» 200
Т20-800 800 1-20 200 100 150 5 3 200 1,25 10е 2 J0
Т20-100) ’1000 1-20 200 100 150 5 3 200 1,05 2,5.106 200
322
сьвременни технологии, конто позволяват и получаването на ви-
соки динамични параметри.
От конструктивна глеДна точка и тук тиристорите се произ-
веждат в обикновено изпълнение с един радиатор и в таблетьч-
' 9 9 10 — 11
112 13 —14 15 16
Фиг. 10.3
на конструкция, където охтаждаието става двустранно с два ра-
диатора. Препоръчват се два режима на работа — с въздушно и
с водно охлаждане.
Маркировката на полските тиристори е подобна на маркиров-
ката на съветските прибори. На фиг. 10 3 е дадена използувана-
та маркировка на тиристорите Unitra, която се тълкува по след-
ния начин:
1 — буква Т — тиристор :
1—цифра: О — обикновено изпълнение, 2— таблетъчна кон-
струкция:
3 — цифра, харзктеризираща конструктивната разработка;
4 ,6 и 6 — трицифрено число, показващо класа на тиристора
по ток (средна стойност);
7 и 8 — двуцифрено число, показващо класа на тиристора по
напрежение (умножено ио сто, това число даваправотой обратно
напрежение, което тиристорът може да издържа);
9 — цифра, показваща групата на тиристора по ,
10 — цифра, показваща групата на тиристора по £зап;
11 — цифра, показваща групата на тиристора по .
В таблица 10.9 са показани основяите електрически парамет-
ра на полските тиристори.
14.4. ТИР4СТОРИ, ПРОИЗВОДСТВО НА НРБ
Бързото увеличаване на потребностите от силови полупровод"
никеви прибори доведе до изграждането на наш завод в гр.
Пловдив. В номенклатурата му освен тиристори са включени дио-
ди и модули, а в бъдеще и транзистори. В момента заводът пред-
лага следните видове тиристори: Т112, Т122, Т132, Т142. Тези
прибори са от единна унифидирана серия и са предназначени за
работа в нискочестотни електрически веригй. Отличават се с по
нижен пад в право включено състояние. Маркировката им се със-
тои от една буква и четири цифри :
323
T I II in IV, където
T e тиристор;
I — поредей номер на мидификацията;
II — кодираи номер на корпуса ;
III —конструктивно изпьлнение на корпуса;
IV—среден ток в < л пушен) състояние.
Тиристорите се монтират в херметичеп металле!ъклен кор-
пус, осигуряващ необхедимия теплоотвод. Диодът е изведен на
корпуса.
Таблица 10.10
Тип А Uа V ^ут, mA 7УД' кА Д и. V | du V ill ' fl ь dl А dt ' s /у. mA uy mA I Mac a. Kg
ТI12-10 10 100 2,5 0.15 1 85 100 10 3 0,007
Т112-16 16 3 0,20 1 00
Т122-2 ) 20 0,30 1,75 500 60 3 0,612
Т122-25 25 0,3'1 200 я
Т132-40 40 5 С,75 50 io") ) 0,027
Т132-50 50 6 0,8 175 — 110 4 0,027
Т142-63 63 1200 6 1,2 1,65 100 150 4 0,053
Т142-80 80 6 1,35 — -
TCI12-I0 10 3 0,06 1,83 2,5—10 50 100 3 0,006
ГС112-12 12 3 0,085
ТС 112-20 20 3,5 0,105 1,83 4—25 50 150 3,6 0,012
ТС 122-25 25 0,130 я
ТС132-40 40 5 0.210 1,83 63 200 4 0,027
ТС132-50 50 » 0,250 fl J, »
ТС 142-63 63 7 0,350 1,5 я 4,5 0,053
ТС142-80 80 0,390 » •
В табл. 10.10 са нанесени основните параметри на тиристо-
рите, които се предлагат в момента. В същата таблица са нане-
сени основните параметри и на произвежданите симетрични ти-
ристори в завода в гр. Пловдив. Те са предназначен!! за работа
в силови вериги с честоти до 500 Hz. Разликата в маркировка-
та им в сравнение с обикновените тиристори е буквата С- коя-
то показва, че тиристорът има симетрична характеристика.
321
ЛИТЕРАТУРА
I. Аипономные инверторы. Ц.лд ргд. Чалого, i. Кишинев, Штшшца, 1974
2. Анисимов, Я. Судэвая пияовля полупроводниковая техника. Л., Судо-
строение, 1979.
-3. Биризниенко, Л., Импульсные преобразователи постоянного тока. М., Энер-
гия. 1974.
4. Н" ’.г^ккиП, А. Сплоил? ионные и полупроводниковые приборы. М., Высшая
ш < । ia, 1975.
5. Глазенко, Г. Па |упрэзэдн1К > <ы’ пр? йразопг ’ и в э икт лэпэи > и it по-
стоянного тока. Л., Энергия, 1973.'
6. Голденберг, Л. Импульсные и цифровые устройства. М , Связь, 1973.
7. Дзюбин. И. Запираемые тиристоры и их применение. -М., Энергия, 1976.
8. Забродин, Ю. Узлы принудительной конденсаторлой комуташш тиристо-
ров. М., Энергия, 1974.
9. Замятин, В., Б. Кондратьев. Тиристоры. М.. Соз. радио, 1980.
10. Исаков, Ю О спады промышленной э (ектроники. Киев Техшка, 1976.
11. Исаков, Ю. Тиристорные системы элеклропита тия. Киев, Техшка, 1974.
12. Калашников, Б.Системы управления автономными инверторами. М., Энер-
гия, 1974.
13- Ковалев, Ф. Полупроводниковые выпрямители. М.. Энергия. 1978.
18. Лояол. К. Импулени схеми с интегралам ТТЛ елементи. С., Техника
15. Кузьмин, В Тиристоры малой и средней мощности. М., Соз. радио, 19/1.
16. Лабунцов, В., С. Табаков. Способы повышения мощности ВЧ тиристорных
инверторов.Преобразовательная техника, 1970, №7.
17, Лекоргийе, Ж. Управляемые электпические венлнлн и их применение. М.,
Энергия, 1971.
18. lienee, Н. Промишлена езектроника. С , Техника. 1988
19. Начав, Н, Г. Малеев. Силона електриника. С., Техника, 1978.
20. Николов, Н. Прлменливотокови тиристорни регулатори. С., Техника. 1979'
21. Обухов, С. Системы управления тиристорными преобразователями частоты.
М., Энергоиздат, 1981.
22. Рабинерсон, К., Г. Ашканази. Режимы нагрузки силовых полупроводни-
ковых приборов, М., Энергия, 1976.
23. Руденко, В. Промышленная электроника. Киев, Техшка, 1979.
24. Риденко. В. Расчет устройств пргобразэзагепг.ной тгхчики. Киев, Гех-
н!ка, 1980.
2. 1. Сарбатов, р. Тиристорные преобразователи частоты в электроприводе.
М , Энергия, 1980.
26. Степаненко, И. Основы теории транзисторов и трлазлеюраых схем. М„
Энергия, 1973.
27. Табаков, С. Анализиране на колгбатглннге инвертора ио метода на хлрмо-
пичниге състазяци.— Електрэпромишлеаост и приборост рое не, 1975, №1.
28. Табаков С. Система за управление на торг торен токоизгочяик. —Елек-
тропромишлечост и приб >р остроене, 197zi, №1.
29. Табаков, С. Диаисторна схема за управление на тиристорни преэбразува-
тсли с оптималаа форма па изходяия импулс. — Електропромшиленост и
прибвростроене, 1973, №8.
30. Табаков, Q. Тиристори. С., Техника, 1972.
3i. Табаков, С. Тиристорна техника. С., Техника, 1981.
32. Табаков, С.. В. Яров. Управляем токоизпразптел с импулсен регуг.иращ
елемент. — Нриборостроене, 1975.
33. Тиристоры. Пер. с англ, под ред. Ллбунноза, В. М., Энергия, 1971.
325
34. Чебовский, О. Силовые полупроводниковые приборы. Справочник. М.,
Энергия, 1975.
35. Чебовский, О. Испытания силовых полупроводниковых приборов. М., Энер-
гоиздат, 1981.
36. Челноков, В Физические основы работы силовых полупроводниковых при-
боров. М„ Энергия, 1973.
37. Чиженко, М. Преобразовательная техника. М„ Энергия, 1979
38. Шилинг, В. Тиристорная техника. М., Энергия. 1971.
39. Шило, В. Линейные интегральные схемы. М., Сов. радио. 1979.
40. Boylestad, R., L. Mashelsskij. Electronic Devices and Circuit Theorv, Pren-
tice-Hall, Inc., N. J., 1973.
41. Chabanne, J. P., Les triacs, ETSF, Paris, 1979.
42. Csaki, F. Power Electronics, Akademiai Kiado, Budapest. 1975.
43. Murphy, Thyristor Control of AC Motors. Pergamon Press, 1975.
326
СЪДЪРЖАНИЕ
ПРЕДГОВОР ....................................................... .
3
Глава 1. Устройством принцип на действие иа тиристорите .... 5
1.1. Никои основни сведения от теорията на полупроводниците .... 5
1.2. Основни свойства на силициевия PN преход...................... 6
1.3. Принцип на действие на транзистора............................ 9
1.4. Принцип на действие на тиристора..............................10
1.5. Волт-амперна характеристика на тиристора ................... 16
1.6. Преходив пронеси при отпушване на тиристора................. .20
1.7. Преходни процесн на запушване ла тиристора.............. . 26
Глава 2. Видове тиристори «............................... . » . . 29
1.1. Симетрични тиристори..................................., . 2Q
2.2. Двуоперационни тиристори.................................... 3^
2.3. Тиристори с комбинирано изключване . . ................. . 4?
2.4. Асиме,рични тиристори .................................... 4д
2.5. Фототиристори ............................................ 42
2.6. Специални видове тиристори . . 4^
6
Глава 3. Основни електрически параметри и особеноети на тиристо-
ра като схемен елемент......................................... 48
3.1, Основни статични параметри на тиристора........................ 48
3.2. Динамичнн параметри на тиристорите...............................52
3.3. Електрически загуби в тиристорната структура.....................55
3.4. Методи за запушване на тиристорите............................. 62
3.5. Никои основни препоръки за използуване на тиристорите............6g
Глава]4. Тиристорни токоизправители;'................................ 73
4.1. Двуфазен едвополупериодеи токоизправител. Същност па метода на
фазовото регулиране . ..... ... .............74'
4.2. Трифазен еднополупериоден токоизнравител ........................81
4.3. Шестфазен токоизправител с изправителен реактор..................85
4.4. Днуоолупериодни едпофазни токоизправитеяи ...................... 88
4.5. Трифазен мостов токоизправител ..................................93
4.S. Особености иа комутацията. въгшши характеристики и енергийнн
показатели на тиристориите ТИ............................... . ... 98
4.7. Проектиране на тиристорни токоизправители . . .........102
4.8. Работа иа токоизправителите в инверторен режим ..... 109
4.9 Реверсивни токоизправители . . .... ........... ..117
4-10. Преобразуватели на честота с непосредствена връзка .... 121
4.II. Защита на токоизправителите .................................. 130
Глава 5. Променливотокови тиристорни регулатори ........ 137
6.1. Блокова схема и класификация на ПТТР......................... 137
д.2. Еднофазии ПТТР ................................................138
5.3. Трифазни ПТТР............................................ . 142
°.4. ПТТР с принудителна комутация .............................. ..146
5.5. Регулиране на изхедпото напрежение на токоизправителите с ПГТР 149
Глава 6. Псстояннотоксви тиристорни регулатори......................156
6.1. Принцип на действие и класификация на постояннотоковите тири-
сторни регулатори............................................. ... 156
6.2. Постояннотокови тиристорни регулатори с капапитивна комутация 159
327
<5.3. Постояцнотокови тиристорни регулатори с резонансна комутация . 164
6.4. 1 остояннотокови тиристорни регулатори с последоаателна комутация 170
6.5. Постояниотокови регулатори с времеимпулсно регулиране . . . . 173
6.6 Проектиране па постояцнотокови регулатори ......... . 177
Глава 7. .автономии инвертори - . . ............. . . 18>
7.1. Ог'беностн иа автоломните инвертори .... ..... . . 185
7,2. Инвертори иа ток....................... . . . . 187
7.3. Инвертори на напрежение ... ............. 201
7.4. Резонансни инвертори .... . . .......... ...... 221
7.5. Регулиране иа изходното напрежение в автоцомпите инвертори . . 241
Глава 8. Имлулспи устройствэ с тиристори ... ...... 2j2
8.1. Особеио ти на тирисгорните ключове........ . ..................252
8.2. Гирпсторни тригери . . ... ...... 258
8.3. Мултивибратори . ............261
8.4. Броячи . . - . . . . ... 265
.5. Статични тиристорни ключове . ....................273
ЙГлава У. Систсми са управление га тирисгорните преобразуйттелн 277
9-1. Огобеностп на пусковнте характеристики па тиристорите............277
9.2. Съгласуване на пзходнше стьпала на системите за управление с
входа на тиристорите..................................................279
9.3. Оеобености па управлението на двуоперациоппите тпрнсторн . . 282
9.4. Основни оеобености на управление? > на тпкоизправителите и авг.,-
номниге инвертори................ . . . . . ..........281
9-5. Схеми на крайни стьпала . ... . 28/
9.6. Фазорегулиращи стъпала......................... . . 29„
9.7. Междинни стъпала и разпределнтели на импулсите 297
9.8. Задаващи генератори и н.ходнн устройства....................... 30?
9.9. Варианта на системите за управление иа тиристорни устройства 30^
Глава 10. Справочни давни за съвгеметан тиристори . . . 30g
10.1. Тиристори, производство па СССР . ....... . 30^
10.2. Тиристор ъ прэ-зводство на ЧССР . . 317
10.3 Тиристори, производство на ПНР .... . . 322
10.1 Тиристори. производство на ПРЗ ....... 32
Литература . .......... . . 32?
ТИРИСТОРНА ТЕХНИКА
Автор доп. к. т. н инж Стефан Евтимов Табаков. Рецензент на третого иь
давне вроф. к. т. и. инж Никола Трифонов Николов. Национа шост българска
9.533172511
Трет о издание. Код 03 .^д^________. Изд. №154’5. Научен редактор
натрет;1 о издание итж. Анна Бакалова. Художник Владимир Атанасов. Ху-
дожествен редактор Вихра Стоева. Технически редакюр Антон Баев. Корек-
тор Теменужка Еленкоза. Дадена за набор на 15. V1U. 19.>8 г. Подписана за
печат м. септсмври 1919 г. Иглязла от печаг м. октомври 1989 г. Формат
60X90/16. Печ. коли 20,53. Игд. ноли 2.1,5'. УИК 20,85. Тираж 10000+1J8.
Цена 3,4о лв.
Държавно изда елегво „Техника', бул. Руски 6 — София. Държавна нечат-
лица „В. Александров" — Враца

ПЕЧАТНИ ГРЕШКИ В КНИГАТА
ТИРИСТОРНА ТЕХНИКА
Стр. Ред' Напечатано Да се чете По вина на
.180 р. 2 отг. . . . е по-малък г . . . . . е не» по-малък . . . коректора
289 р. 2 отг. каскадно каскодно »
302 Чр. 11 отд. тиристора транзистора п
304 pj 20 отд. т’иристори транзистори п
ВА 1309