Если силовые тиристорные элементы предназначены для простого включения, отключения двигателя или его торможения, то рационально применять достаточно простые и надежные схемы управления. Они основаны на использовании анодного напряжения для формирования отпирающих импульсов. Угол открывания в этих схемах не регулируется или регулируется в небольшом диапазоне. Принцип такого управления рассмотрим на примере однофазного тиристорного элемента (рис. 1, а).
Если управляющие электроды тиристоров соединить между собой через некоторый резистор Rупр, то под действием анодного напряжения возникает ток управления. Например, при положительной полярности зажима А ток управления iynp протекает через управляющий переход тиристора (катод — управляющий электрод) в обратном направлении, так как диодные свойства управляющего p-n-перехода незначительны.
Далее ток iynp идет через контакт К, резистор Rynp управляющий р-n-переход тиристора Т2, нагрузку Z„ на отрицательный зажим В. Таким образом, для тиристора Т2 анодное напряжение которого положительно, ток управления является тоже положительным. В результате тиристор Т2 откроется, как только ток управления достигнет необходимого значения.
Рис. 1. Тиристорный выключатель: а — схема без диодов, 6 - диаграмма токов и напряжения, в — схема с диодами
Тиристор Т2 в открытом состоянии шунтирует цепь управления и ток в ней прекращается, т. е. получается автоматическая отсечка тока. Возникают кратковременные импульсы управления (рис. 1, б), следующие с переменной полярностью через каждый полупериод сразу же после прохождения тока через нуль.
Угол открывания зависит от сопротивления Ryпp и Zн. При возрастании Rупр ток управления достигает необходимой величины позже и угол α увеличивается. Такой способ управления можно использовать для регулирования напряжения и тока на нагрузке. Однако ввиду большого разброса параметров тиристоров углы α получаются различными, что приводит к несимметрии работы тиристорного элемента и появлению несинусоидальных токов в нагрузке.
Если тиристорный элемент работает только в режиме коммутатора, без регулировки напряжения на нагрузке, то его называют тристорным контактором. На рис. 1, в показана схема однофазного контактора переменного тока, где управляющий переход зашунтирован диодом, стабилизирующим угол α.
На рис. 2, а, б показаны примеры упрощенных схем, дающих возможность наиболее экономичным способом управлять тиристорами в цепях постоянного тока.
Рис. 2. Схемы контактного управления тристорами
Чтобы открыть тиристор, на управляющий электрод подается сетевое напряжение через резистор Rупр, диод Д и замкнутый контакт К. Когда мгновенное напряжение увеличивается до значения Uотк тиристор открывается, падение напряжения ΔU на нем уменьшается почти до нуля. Ток управления через диод прекращается, получается импульс. Отметим, что для открывания тиристора в одних случаях (рис. 2, а) контакты К нужно замкнуть, а в других (рис. 2, б) — разомкнуть.
На рис. 2, в показана схема тристорного управления асинхронным двигателем. К управляющим электродам тиристоров через диоды Д1 и Д2 прикладывается выпрямленное напряжение от вершин тиристорного треугольного элемента ABC. Вершины являются эквипотенциальными точками в периоды проводимости любых двух тиристоров. Поэтому напряжение управления существует в те узкие периоды времени, когда включен один из трех тиристоров.
При замкнутых контактах К создается трехфазная система однополярных импульсов, воздействующих на тристоры. Если выключатель разомкнуть, то сигналы прекращаются и тиристоры запираются при прохождении тока через нуль. Двигатель отключается. Группы диодов Д1 и Д2 позволяют создать участок выпрямленного тока, куда можно установить реостат Rpeг для регулировки угла открывания и выключатель К.
Тиристорные контакторы
На рис. 2, г представлена схема управления вентильно-тиристорными элементами, образующими звезду в статорной обмотке электродвигателя.
При нажатии кнопки КнП вспомогательный тиристор ВТ открывается и подает импульсы, снимаемые с нулевой точки обмотки статора, на управляющие электроды через регулировочный реостат Rpeг и диоды Д2. Резистор R1упр необходим для поддержания тиристора ВТ в открытом состоянии при разомкнутой кнопке КнП.
Дело в том, что открывающие импульсы, снимаемые с нулевой точки обмотки статора, узки и при размыкании кнопки КнП вспомогательный резистор ВТ может отключиться. Чтобы этого не произошло, необходимо создать путь для поддержания анодного тока.
Резистор R1упр с трехфазным выпрямителем создает удерживающую цепь, аналогичную блокировочным контактам, шунтирующим кнопку КнВ в схеме магнитного пускателя. Резистор R2упр ограничивает ток управления. Резистор Rpeз как и в предыдущей схеме, является регулировочным, обеспечивающим изменение угла открывания в небольшом диапазоне (α =30 + 50°).