Yarov V. M.
Napájecí zdroje pro elektrické odporové pece
Tutorial

Publikováno rozhodnutím redakční a vydavatelské rady Chuvash státní univerzita pojmenované po I. I. Uljanovovi

Čuvašská státní univerzita
1982

Učebnice je určena studentům oboru "Elektrotermické instalace", kteří vykonávají ročníková práce v předmětu „Automatické řízení elektrotepelných instalací“ a diplomový projekt s hloubkovým studiem zdrojů energie pro odporové elektrické pece.

Příručka analyzuje provozní vlastnosti tyristorových regulátorů střídavého napětí při provozu při různé zátěži. Je popsán princip činnosti magnetických zesilovačů a parametrických zdrojů proudu. Je uveden popis konkrétních řídicích obvodů napájení.

Rep. redaktor: dr. tech. vědy; Profesor Yu. M. MIRONOV.

Úvod

Kapitola I. Principy regulace výkonu elektrických odporových pecí
1.1. Charakteristika elektrické odporové pece jako zátěže zdroje energie
1.2. Způsoby regulace výkonu elektrické odporové pece
1.2.1. Regulace napájecího napětí
1.2.2. Spínací ohřívače pecí
1.23. Regulovaný výkon pece změnou tvaru křivky proudu

Kapitola 2. Magnetické zesilovače s vlastním sycením
2.1. Práce s aktivní zátěží
2.2. Provoz magnetického zesilovače na aktivní indukční střídavé zátěži

Kapitola 3. Parametrický zdroj proudu
3.1. Princip fungování
3.2. Metody regulace zatěžovacího proudu

Kapitola 4. Fázový pulzní regulátor střídavého napětí
4.1. Princip činnosti regulátoru
4.2. Aktivní regulátor zatížení
4.3. Analýza s aktivní indukční zátěží
4.4. Zdroj fázových impulsů s transformátorovou zátěží
4.5. Třífázové regulátory střídavého napětí
4.6. Řídicí systémy pro jednofázové fázové pulzní zdroje
4.6.1. Funkční schématařídicí systémy
4.6.2. Vícekanálové řídicí systémy
4.6.3. Jednokanálové řídicí systémy
4.7 Systém řízení třífázového napájení

Kapitola 5. Napájecí zdroje s pulzním řízením
5.1. Elektrický režim zdroj s aktivní zátěží
5.2. Procesy v transformátoru při periodickém zapínání
5.3. Způsoby spínání zátěže transformátoru bez magnetizačních proudových rázů
5.4. Vlastnosti zapínání třífázového transformátoru
5.5. Řídicí systémy spínacích regulátorů
5.5.1. Požadavky na řídicí systémy
5.5.2. Řídicí systémy pro jednofázové spínací regulátory
5.5.3. Řídicí systém pulzně šířkového regulátoru s transformátorovou zátěží
5.5.4. Řídicí systém třífázového regulátoru

Kapitola 6. Vliv regulovaných zdrojů střídavého napětí na napájecí síť
6.1. Porovnání metod regulace střídavého napětí
6.2. Skupinový režim činnosti regulátorů jako způsob zlepšení energetické náročnosti
6.3. Optimalizace metod řízení pro pulsně šířkové regulátory při skupinovém zatížení
6.4. Řídicí systém pro skupinu pulzně šířkových regulátorů s intervalovým spínáním
6.5. Zvýšení koeficientu, výkon v jediném regulátoru střídavého napětí

Úvod

Pro udržení stálé teploty v peci nebo pro její změnu podle daného zákona je nutné mít možnost měnit její výkon v širokém rozsahu. Požadavky na přesnost regulace se v závislosti na technologickém procesu prováděném v peci velmi liší. Například při tavení kovů a jejich zahřívání pro plastickou deformaci jsou nízké - jsou přijatelné teplotní výkyvy ±25-50 ° C; při tepelném zpracování se tyto požadavky zpřísňují, dosahují ±10-±5° C. Tuto kvalitu regulace lze zajistit dvou a třípolohovou regulací.

Technologický postup výroby polovodičových součástek, monokrystaly různé materiály, tepelné zpracování skla apod. klade přísné požadavky na kvalitu kontroly teploty. Zajištění takto vysokých požadavků (±0,5-±3°C) na úrovni 1000-1500°C je možné pouze při použití řízených bezkontaktních zdrojů na bázi magnetických nebo tyristorových zesilovačů.

Rozmanitost technologické procesy určuje rozmanitost zdrojů pntannya. Magnetické zesilovače byly prakticky nahrazeny transformátorovými zesilovači, protože ty mají vyšší účinnost, lepší dynamické vlastnosti a ukazatele hmotnosti a velikosti.

V instalacích kontaktního vytápění se používají parametrické zdroje proudu, jejichž princip činnosti je založen na jevu rezonance v třífázové síti.

Výkon v současnosti používaných tyristorových zdrojů se pohybuje od stovek wattů do stovek kilowattů. Manuál poskytuje srovnání metod řízení tyristorů a hodnotí oblasti jejich použití.

Cheboksary, nakladatelství ChuvGU, 1982

• A) kontinuita regulace. Tyristory spínají proud v zátěži na síťové frekvenci (50x za vteřinu), což umožňuje udržovat teplotu s vysokou přesností a rychle reagovat na změny rušivých vlivů;
• B) absence mechanických kontaktů zvyšuje spolehlivost a snižuje náklady na údržbu a provoz;
• C) možnost omezení rozběhových proudů elektrických topných těles. Mnoho pecí se vyznačuje nízkým odporem topných těles ve studeném stavu, takže startovací proudy mohou být 10krát i vícekrát vyšší než jmenovitý proud. Zapínací proudy lze omezit pouze pomocí fázově pulzního řízení tyristorů.

R Tyristorový regulátor výkonu vyvinutý společností Zvezda-Electronics LLC je moderní multifunkční zařízení. Jeho řídicí systém je postaven na výkonném digitálním signálovém procesoru, který nepřetržitě monitoruje velké množství řídicích signálů v reálném čase. To poskytuje řadu výhod oproti podobným zařízením:

• flexibilní konfigurace pro jakýkoli typ zatížení a technologický proces;
• jasná indikace na displeji z tekutých krystalů;
• rozvinutý komplex ochrany a autodiagnostiky poruch;
• podpora dvou způsobů tyristorového řízení - fázově-pulzní a numerické;
• režimy přesné stabilizace nebo omezení proudu;
• možnost implementace vícezónové regulace;
• snadná integrace do automatizovaných systémů řízení procesů.

Díky tomu bylo možné vyvinout několik hotových automatizačních řešení. Vzhledem k tomu, že tato řešení jsou založena na masově vyráběných produktech, bude nákup a implementace tohoto zařízení stát výrazně méně než vývoj automatizačního systému na míru.

Příklad 1. Automatizace elektrické pece.

Pro automatické řízení pece je použit PID regulátor TRM210-Shch1.IR. Na jeho univerzální vstup je připojeno teplotní čidlo, jehož citlivý prvek je umístěn uvnitř elektrické trouby. PID regulátor měří aktuální teplotu a působí na tyristorový regulátor analogovým signálem 4..20 mA. Je tak implementován řídicí systém s uzavřenou smyčkou teplotní zpětné vazby. Reléový výstup PID regulátoru lze použít pro signalizaci alarmu.

Příklad 2. Automatizace sušící komory.

Pomocí softwarového ovladače TRM151-Shch1.IR.09 je realizován proces sušení dřeva. Zařízení působí na řídicí vstup tyristorového regulátoru analogovým signálem 4..20 mA a tím reguluje výkon, a tím i teplotu uvnitř komory, přičemž reléový výstup periodicky zapíná ventilátor, což přispívá k rovnoměrnější sušení. Softwarový ovladač TRM151 umožňuje provádět proces sušení podle různých programů sestavených technologem, např. odlišné typy dřevo - smrk, borovice, dub atd.

Příklad 3. Automatizace vícezónového topného systému.

Zajímavý je například řídicí systém pro infrazářiče, jehož obliba každým rokem roste. K tomuto účelu slouží vícekanálový PID regulátor TRM148. Ohřívače jsou zapojeny do hvězdy se společným neutrálním vodičem, čímž jsou vytvořeny tři nezávislé regulační smyčky. Každá zóna má své čidlo - D1, D2, D3 - odebírající údaje, ze kterých PID regulátor upravuje řídicí signály 4..20 mA pro tyristorový regulátor, který reguluje výkon v každém z topných těles samostatně.

Tyto příklady samozřejmě neomezují rozsah problémů, které lze řešit pomocí tyristorového regulátoru TRM. Je možné např. automatizovat zásobování ventilačních komor, barvicích komor, automatické řízení elektrických topných a teplovodních kotlů a mnoho dalšího.

Existují 2 zásadně odlišné přístupy k řízení výkonu:

Plynulá regulace, při které lze do pece zavést libovolný požadovaný výkon.

Krokové řízení, při kterém lze do pece zavádět pouze diskrétní rozsah výkonů.

První vyžaduje plynulou regulaci napětí na topných tělesech. Takovou regulaci lze provést pomocí libovolného typu výkonových zesilovačů (generátor, tyristorový usměrňovač, EMU). V praxi jsou nejběžnější tyristory zásoby energie, postavený podle schématu TRN. Takové regulátory jsou založeny na vlastnostech tyristoru zapojeného do obvodu střídavého proudu v sérii s aktivním odporem ohřívače. Tyristorové zdroje obsahují tyristory zapojené zády k sobě paralelně vybavené SIFU.

Řídicí úhel, a tedy efektivní napětí na zátěži, závisí na externím napětí přivedeném ke zdroji. Aby se snížil vliv vypnutí napájecího napětí na tepelné podmínky pece, tyristorové napájecí zdroje obvykle poskytují negativní zpětnou vazbu na výstupní napětí. Tyristorové zdroje mají vysokou účinnost (až 98 %). Účiník závisí lineárně na hloubce regulace výstupního napětí, při úhlu  menším než 0 - až M = 1, při  = 180 až M = 0. Účiník je určen nejen fázovým posunem napětí a první harmonickou proudu, ale také hodnotou vyšších harmonických proudu . Proto použití kompenzačních kondenzátorů neumožňuje žádné výrazné zvýšení M.

Při druhém způsobu se změní napětí na ohřívači, čímž dojde k přepnutí napájecích obvodů pece. Obvykle existují 2-3 stupně možného napětí a výkonu ohřívače. Nejběžnější dvoupolohový způsob krokového řízení. Podle tohoto způsobu je pec buď připojena k síti při svém jmenovitém výkonu, nebo zcela odpojena od sítě. Požadovaná hodnota průměrného příkonu do pece je zajištěna změnou poměru doby zapnutého a vypnutého stavu.

Průměrná teplota v peci odpovídá průměrnému příkonu do pece. Náhlé změny okamžitého výkonu mají za následek kolísání teploty kolem průměrné úrovně. Velikost těchto kmitů je určena velikostí odchylek P MGNOV od průměrné hodnoty a velikostí tepelné setrvačnosti pece. Ve většině obecných průmyslových pecí je velikost tepelné setrvačnosti tak velká, že kolísání teploty v důsledku stupňovité regulace nepřekračuje požadovanou přesnost udržování teploty. Konstrukčně může být ovládání zapnuto-vypnuto zajištěno buď konvenčním stykačem nebo tyristorovým spínačem. Tyristorový spínač obsahuje protiparalelní s
připojené tyristory pracující s=0.

Je-li nízkoproudý kontakt S rozpojen, řídicí obvod VS1, VS2 je přerušený, tyristory jsou uzavřeny a napětí na zátěži je nulové. Pokud je S uzavřeno, vznikají obvody pro tok řídicích proudů. Katoda je kladná, anoda VS1 záporná. Řídící proud v tomto případě protéká obvodem katoda VS1 – VD1 – R – S – řídící elektroda VS2 – katoda VS2. VS2 se zapíná a vede elektrický proud během celého půlcyklu. V dalším půlcyklu se podobně zapne VS1.

S
Existují také třífázové spínače. Používají dva bloky zády k sobě zapojených tyristorů paralelně. Výkonové obvody takových spínačů jsou konstruovány podle následujícího schématu:

Existují modifikace tyristorových spínačů, které vůbec nepoužívají kontakty.

Tyristorové spínače jsou spolehlivější než stykače, jsou jiskrové a explozivní, mají tichý provoz a jsou o něco dražší.

Kroková regulace má účinnost blízkou 1, až M 1.

V. Krylov

V současné době jsou tyristory široce používány v různá zařízení automatické ovládání, alarm a ovládání. Tyristor je řízená polovodičová dioda, která se vyznačuje dvěma stabilními stavy: otevřená, kdy je přímý odpor tyristoru velmi malý a proud v jeho obvodu závisí především na napětí zdroje a odporu zátěže, a zavřený, když je jeho přímý odpor vysoký a proud je několik miliampérů.

Na Obr. Obrázek 1 ukazuje typickou proudově-napěťovou charakteristiku tyristoru, kde sekce O A odpovídá sepnutému stavu tyristoru a sekce BB odpovídá otevřenému stavu.

Při záporných napětích se tyristor chová jako běžná dioda (oddíl OD).

Pokud zvýšíte propustné napětí na uzavřeném tyristoru s proudem řídicí elektrody rovným nule, pak při dosažení hodnoty Uon se tyristor otevře. Toto spínání tyrostoru se nazývá spínání podél anody. Činnost tyristoru je v tomto případě podobná činnosti neřízené polovodičové čtyřvrstvé diody - dinistoru.

Přítomnost řídicí elektrody umožňuje otevření tyristoru při anodovém napětí nižším než Uon. K tomu je nutné propustit řídicí proud Iу obvodem řídicí elektroda-katoda. Proudově-napěťová charakteristika tyristoru pro tento případ je na Obr. 1 tečkovaná čára. Minimální řídicí proud potřebný k otevření tyristoru se nazývá usměrňovací proud Irev. Usměrňovací proud je velmi závislý na teplotě. V referenčních knihách je indikováno při určitém anodovém napětí. Pokud při chodu řídicího proudu překročí anodový proud hodnotu vypínacího proudu Ioff, pak zůstane tyristor otevřený i po skončení řídicího proudu; pokud se tak nestane, tyristor se opět uzavře.

Pokud je napětí na anodě tyristoru záporné, není přivedení napětí na jeho řídicí elektrodu povoleno. Záporné napětí (vzhledem ke katodě), při kterém zpětný proud řídicí elektrody překračuje několik miliampérů, je rovněž nepřijatelné.

Otevřený tyristor lze přepnout do uzavřeného stavu pouze snížením jeho anodového proudu na hodnotu menší než Ioff. Ve stejnosměrných zařízeních se k tomuto účelu používají speciální zhášecí obvody a v obvodu střídavého proudu se tyristor samostatně sepne v okamžiku, kdy hodnota anodového proudu prochází nulou.

To je důvodem nejširšího použití tyristorů ve střídavých obvodech. Všechny níže uvedené obvody se týkají pouze tyristorů připojených k obvodu střídavého proudu.

Aby byl zajištěn spolehlivý provoz tyristoru, musí zdroj řídicího napětí splňovat určité požadavky. Na Obr. 2 znázorňuje náhradní obvod zdroje řídicího napětí a Obr. 3 - graf, pomocí kterého můžete určit požadavky na jeho nosnou linii.

Na grafu čáry A a B omezují pásmo šíření vstupních proudově-napěťových charakteristik tyristoru, které představují závislost napětí na řídící elektrodě Uу na proudu této elektrody Iу při otevřeném anodovém obvodu. Direct B určuje minimální napětí Uу, při kterém se kterýkoli tyristor daného typu otevře při minimální teplotě. Direct Г určuje minimální proud Iу dostatečný k otevření libovolného tyristoru daného typu při minimální teplotě. Každý konkrétní tyristor se otevírá v určitém bodě své vstupní charakteristiky. Stínovaná plocha je geometrické umístění takových bodů pro všechny tyristory daného typu, které vyhovují Technické specifikace. Přímé čáry D a E určují maximální přípustné hodnoty napětí Uy a proudu Iy a křivka K - maximální přípustná hodnota výkonu rozptýleného na řídicí elektrodě. Zatěžovací čára L zdroje řídicího signálu je vedena body, které určují napětí nečinný pohyb zdroj Eу.хх a jeho zkratový proud Iу.кз = Eу.хх/Rinternal, kde Rinternal je vnitřní odpor zdroje. Průsečík S zatěžovací přímky L se vstupní charakteristikou (křivkou M) zvoleného tyristoru by se měl nacházet v oblasti ležící mezi zastíněnou oblastí a přímkami A, D, K, E a B.

Tato oblast se nazývá preferovaná oblast otevření. Vodorovná přímka H určuje nejvyšší napětí na regulačním přechodu, při kterém se neotevře ani jeden tyristor tohoto typu při maximální dovolené teplotě. Tato hodnota, desetiny voltu, tedy určuje maximální přípustnou amplitudu rušivého napětí v řídicím obvodu tyristoru.

Po otevření tyristoru neovlivňuje řídicí obvod jeho stav, proto lze tyristor ovládat pulzy krátkého trvání (desítky nebo stovky mikrosekund), což zjednodušuje řídicí obvody a snižuje výkon rozptýlený na řídicí elektrodě. Doba trvání pulsu však musí být dostatečná pro zvýšení anodového proudu na hodnotu přesahující vypínací proud Ioff pro různé typy zátěže a provozní režim tyristoru.

Srovnávací jednoduchost řídicích zařízení při provozu tyristorů ve střídavých obvodech vedla k širokému použití těchto zařízení jako řídicích prvků v zařízeních pro stabilizaci a regulaci napětí. Průměrná hodnota napětí zátěže je regulována změnou okamžiku napájení (tj. fáze) řídicího signálu vzhledem k začátku půlcyklu napájecího napětí. Frekvence opakování řídicích impulsů v takových obvodech musí být synchronizována s frekvencí sítě.

Existuje několik metod pro řízení tyristorů, z nichž je třeba poznamenat amplitudu, fázi a fázový impuls.

Způsob řízení amplitudy spočívá v aplikaci kladného napětí, jehož hodnota se mění, na řídicí elektrodu tyristoru. Tyristor se otevře v okamžiku, kdy toto napětí postačí na to, aby řídicím spojem protékal usměrňovací proud. Změnou napětí na řídící elektrodě můžete změnit otevírací moment tyristoru. Nejjednodušší schéma Na tomto principu postavený regulátor napětí je na Obr. 4.

Jako řídicí napětí se zde využívá část anodového napětí tyristoru, tedy napětí kladného půlcyklu sítě. Rezistor R2 mění otevírací moment tyristoru D1 a následně i průměrné napětí na zátěži. Když je rezistor R2 zcela zasunut, napětí na zátěži je minimální. Dioda D2 chrání řídicí přechod tyristoru před zpětným napětím. Je třeba poznamenat, že řídicí obvod není připojen přímo k síti, ale paralelně s tyristorem. To se děje tak, že otevřený tyristor přepíná řídicí obvod a zabraňuje zbytečnému ztrátě energie na jeho prvcích.

Hlavní nevýhodou předmětného zařízení je silná závislost zatěžovacího napětí na teplotě a nutnost individuálního výběru rezistorů pro každou instanci tyristoru. První je vysvětlena teplotní závislostí tyristorového usměrňovacího proudu, druhá jejich velkým rozptylem vstupní charakteristiky. Kromě toho je zařízení schopno nastavit otevírací moment tyristoru pouze během první poloviny kladného půlcyklu síťového napětí.

Ovládací zařízení, jehož schéma je na Obr. 5, umožňuje rozšířit regulační rozsah na 180° a zařazení tyristoru do úhlopříčky usměrňovacího můstku umožňuje regulovat napětí na zátěži během obou půlcyklů síťového napětí.

Kondenzátor C1 se nabíjí přes odpory R1 a R2 na napětí, při kterém řídicím přechodem tyristoru protéká proud rovný usměrňovacímu proudu. V tomto případě se tyristor otevře a proud prochází zátěží. Napětí zátěže je díky přítomnosti kondenzátoru méně závislé na kolísání teplot, ale přesto má i toto zařízení stejné nevýhody.

U fázového způsobu řízení tyristorů pomocí můstku fázového posuvu se fáze řídicího napětí mění vůči napětí na anodě tyristoru. Na Obr. Na obrázku 6 je schéma půlvlnného regulátoru napětí, u kterého je změna napětí na zátěži prováděna rezistorem R2, připojeným k jednomu z ramen můstku, z jehož úhlopříčky je napětí přiváděno do řídicí spoj tyristoru.

Napětí na každé polovině řídicího vinutí III by mělo být přibližně 10 V. Zbývající parametry transformátoru jsou určeny napětím a výkonem zátěže. Hlavní nevýhodou způsobu fázové regulace je malá strmost řídicího napětí, proto je nízká stabilita otevíracího momentu tyristoru.

Fázově pulzní způsob ovládání tyristorů se od předchozího liší tím, že pro zvýšení přesnosti a stability otevíracího momentu tyristoru je na jeho řídící elektrodu přiváděn napěťový pulz se strmou hranou. Tato metoda je v současnosti nejrozšířenější. Schémata implementující tuto metodu jsou velmi různorodá.

Na Obr. 7 ukazuje schéma jednoho z nejvíce jednoduchá zařízení pomocí fázově-pulzní metody tyristorového řízení.

Při kladném napětí na anodě tyristoru D3 se kondenzátor C1 nabíjí přes diodu D1 a proměnný rezistor R1. Když napětí na kondenzátoru dosáhne spínacího napětí dinistoru D2, otevře se a kondenzátor se vybije přes řídicí přechod tyristoru. Tento impuls vybíjecího proudu otevře tyristor D3 a proud začne protékat zátěží. Změnou nabíjecího proudu kondenzátoru pomocí rezistoru R1 můžete změnit otevírací moment tyristoru v rámci půlcyklu síťového napětí. Rezistor R2 zabraňuje samovolnému otevření tyristoru D3 vlivem svodových proudů při zvýšených teplotách. Podle technických podmínek, kdy tyristory pracují v pohotovostním režimu, je instalace tohoto odporu povinná. Na Obr. 7, obvod nenašel široké uplatnění kvůli velkému rozptylu spínacího napětí dinistoru, dosahujícímu až 200%, a značné závislosti zapínacího napětí na teplotě.

Jednou z odrůd fázově-pulzní metody řízení tyristorů je v současnosti nejrozšířenější tzv. vertikální řízení. Spočívá v tom, že na vstupu generátoru impulsů se porovnává (obr. 8) konstantní napětí (1) a napětí o různé velikosti (2). V okamžiku rovnosti těchto napětí je generován tyristorový řídicí impuls (3). Proměnné napětí může mít sinusový, trojúhelníkový nebo pilový tvar (jak je znázorněno na obr. 8).

Jak je vidět z obrázku, změnu okamžiku výskytu řídicího impulsu, to znamená posunutí jeho fáze, lze provést třemi různými způsoby:

změna rychlosti nárůstu střídavého napětí (2a),

změna jeho počáteční úrovně (2b) a

změna hodnoty konstantního napětí (1a).

Na Obr. Obrázek 9 ukazuje blokové schéma zařízení, které implementuje vertikální způsob ovládání tyristorů.

Jako každé jiné zařízení pro řízení fázových impulzů se skládá ze zařízení FSU pro fázový posun a generátoru impulzů GI. Zařízení pro fázový posun zase obsahuje vstupní zařízení VU, které vnímá řídicí napětí Uu, generátor střídavého (velikostního) napětí GPG a porovnávací zařízení SU. Jako tyto prvky lze použít různá zařízení.

Na Obr. Obrázek 10 ukazuje schematický diagram tyristorového řídicího zařízení (D5) zapojeného do série s můstkovým usměrňovačem (D1 - D4).

Zařízení se skládá z generátoru pilového napětí s tranzistorovým spínačem (T1), Schmittovou spouští (T2, T3) a zesilovačem výstupního spínače (T4). Pod vlivem napětí odebraného ze synchronizačního vinutí III transformátoru Tr1 je tranzistor T1 uzavřen. V tomto případě je kondenzátor C1 nabíjen přes odpory R3 a R4. Napětí na kondenzátoru roste po exponenciální křivce, jejíž počáteční úsek lze s určitou aproximací považovat za lineární (2, viz obr. 8).

V tomto případě je tranzistor T2 uzavřený a T3 otevřený. Emitorový proud tranzistoru T3 vytváří na rezistoru R6 úbytek napětí, který určuje úroveň činnosti Schmittovy spouště (1 na obr. 8). Součet napětí na rezistoru R6 a otevřeném tranzistoru T3 je menší než napětí na zenerově diodě D10, takže tranzistor T4 je uzavřený. Když napětí na kondenzátoru C1 dosáhne spouštěcí úrovně Schmitt, tranzistor T2 se otevře a T3 sepne. Současně se otevře tranzistor T4 a na rezistoru R10 se objeví napěťový impuls, otevírající tyristor D5 (impulz 3 na obr. 8). Na konci každého půlcyklu síťového napětí se tranzistor T1 otevře proudem protékajícím odporem R2. V tomto případě se kondenzátor C1 vybije téměř na nulu a řídicí zařízení se vrátí do původního stavu. Tyristor se uzavře v okamžiku, kdy amplituda anodového proudu prochází nulou. Na začátku dalšího půlcyklu se provozní cyklus zařízení opakuje.

Změnou odporu rezistoru R3 můžete změnit nabíjecí proud kondenzátoru C1, to znamená rychlost nárůstu napětí na něm, a tedy okamžik, kdy se objeví impuls, který otevírá tyristor. Nahrazením odporu R3 tranzistorem můžete automaticky regulovat napětí na zátěži. Toto zařízení tedy využívá první z výše uvedených způsobů posunutí fáze řídicích impulsů.

Drobná změna obvodu znázorněného na obr. 11 umožňuje získat regulaci pomocí druhého způsobu. V tomto případě je kondenzátor C1 nabíjen přes konstantní odpor R4 a rychlost nárůstu pilového napětí je ve všech případech stejná. Ale když se tranzistor T1 otevře, kondenzátor se nevybije na nulu, jako v předchozím zařízení, ale na řídicí napětí Uу.
V důsledku toho začne nabíjení kondenzátoru v dalším cyklu od této úrovně. Změnou napětí Uу se upravuje otevírací moment tyristoru. Dioda D11 odpojuje zdroj řídicího napětí od kondenzátoru při jeho nabíjení.

Koncový stupeň na tranzistoru T4 poskytuje potřebné proudové zesílení. Pomocí pulzního transformátoru jako zátěže lze ovládat několik tyristorů současně.

V uvažovaných řídicích zařízeních je na řídicí přechod tyristoru přivedeno napětí po dobu od okamžiku shody stejnosměrného a pilového napětí do konce půlcyklu síťového napětí, tj. okamžik vybití kondenzátoru C1. Dobu trvání řídicího impulsu lze zkrátit zapnutím diferenciačního obvodu na vstupu proudového zesilovače, provedeného na tranzistoru T4 (viz obr. 10).

Jednou z variant vertikálního způsobu ovládání tyristorů je pulzně-číslicová metoda. Jeho zvláštností je, že na řídicí elektrodu tyristoru není aplikován jeden pulz, ale balíček krátkých pulzů. Doba trvání shluku se rovná trvání řídicího impulzu znázorněného na obr. 8.

Frekvence opakování impulzů v dávce je určena parametry generátoru impulzů. Impulzní metoda řízení zajišťuje spolehlivé otevření tyristoru pro jakýkoli typ zátěže a umožňuje snížit ztrátový výkon na regulačním přechodu tyristoru. Pokud je navíc na výstupu zařízení zařazen pulzní transformátor, je možné zmenšit jeho velikost a zjednodušit konstrukci.

Na Obr. Obrázek 12 ukazuje schéma řídicího zařízení využívajícího metodu počtu impulzů.

Jako srovnávací jednotka a pulzní generátor je zde použit vyvážený diodově-regenerační komparátor, sestávající z porovnávacího obvodu na diodách D10, D11 a vlastního blokovacího generátoru, sestaveného na tranzistoru T2. Diody D10, D11 řídí činnost zpětnovazebního obvodu blokovacího generátoru.

Stejně jako v předchozích případech, když je tranzistor T1 uzavřen, kondenzátor C1 se začne nabíjet přes rezistor R3. Dioda D11 je otevřená napětím Uu a dioda D10 je zavřená. Obvod IIa vinutí kladné zpětné vazby blokovacího generátoru je tedy otevřený a obvod vinutí se zápornou zpětnou vazbou IIb je uzavřen a tranzistor T2 je uzavřen. Když napětí na kondenzátoru C1 dosáhne napětí Uу, dioda D11 se sepne a D10 se otevře. Obvod kladné zpětné vazby se uzavře a blokovací generátor začne generovat impulsy, které budou posílány z vinutí I transformátoru Tr2 do řídicího přechodu tyristoru. Generování impulsů bude pokračovat až do konce půlcyklu síťového napětí, kdy se otevře tranzistor T1 a kondenzátor C1 se vybije. Dioda D10 se zavře a D11 se otevře, proces blokování se zastaví a zařízení se vrátí do původního stavu. Změnou řídicího napětí Uу můžete změnit okamžik začátku generování vzhledem k začátku půlcyklu a následně okamžik otevření tyristoru. V tomto případě je tedy použit třetí způsob posunutí fáze řídicích impulsů.

Použití vyváženého obvodu srovnávací jednotky zajišťuje teplotní stabilitu jejího provozu. Křemíkové diody D10 a D11 s nízkým zpětným proudem umožňují získat vysoký vstupní odpor srovnávací jednotky (asi 1 MΩ). Nemá tedy prakticky žádný vliv na proces nabíjení kondenzátoru C1. Citlivost jednotky je velmi vysoká a dosahuje několika milivoltů. Rezistory R6, R8, R9 a kondenzátor C3 určují teplotní stabilitu pracovního bodu tranzistoru T2. Rezistor R7 slouží k omezení kolektorového proudu tohoto tranzistoru a zlepšení tvaru impulsu blokovacího oscilátoru. Dioda D13 omezuje napěťový ráz na kolektorovém vinutí III transformátoru Tr2, ke kterému dochází při vypnutí tranzistoru. Pulzní transformátor Tr2 lze vyrobit na feritovém kroužku 1000NN standardní velikosti K15X6X4,5. Vinutí I a III obsahuje každé 75 a každé vinutí II a a II b obsahuje 50 závitů drátu PEV-2 0,1.

Nevýhodou tohoto ovládacího zařízení je, že je relativně nízká frekvence opakovací frekvence pulzu (přibližně 2 kHz s dobou trvání pulzu 15 μs). Frekvenci můžete zvýšit např. snížením odporu rezistoru R4, přes který se vybíjí kondenzátor C2, ale zároveň se poněkud zhorší teplotní stabilita citlivosti srovnávací jednotky.

Impulzně-číslicovou metodu ovládání tyristorů lze použít i ve výše diskutovaných zařízeních (obr. 10 a 11), protože při určité volbě jmenovitých hodnot prvků (C1, R4-R10, viz obr. 10) Schmitt spouští, když napětí na kondenzátoru C1 překračuje úroveň Když je spoušť spuštěna, negeneruje jediný impuls, ale sekvenci impulsů. Jejich trvání a frekvence jsou určeny parametry a režimem spouštění. Toto zařízení se nazývá „multivibrátor se spouštěčem výboje“.

Na závěr je třeba poznamenat, že výrazné zjednodušení obvodu tyristorových řídicích zařízení při zachování vysoké indikátory kvality lze dosáhnout pomocí unijunction tranzistorů.

Existují 2 zásadně odlišné přístupy k řízení výkonu:

1) Průběžná kontrola, při kterém může být do pece zaveden jakýkoli požadovaný výkon.

2) Kroková regulace, při které lze do pece zavést pouze diskrétní řadu výkonů.

První vyžaduje plynulou regulaci napětí na topných tělesech. Takovou regulaci lze provést pomocí libovolného typu výkonových zesilovačů (generátor, tyristorový usměrňovač, EMU). V praxi jsou nejrozšířenější tyristorové zdroje stavěné podle obvodu TRN. Takové regulátory jsou založeny na vlastnostech tyristoru zapojeného do obvodu střídavého proudu v sérii s aktivním odporem ohřívače. Tyristorové zdroje obsahují tyristory zapojené zády k sobě paralelně vybavené SIFU.

Při druhém způsobu se změní napětí na ohřívači, čímž dojde k přepnutí napájecích obvodů pece. Obvykle existují 2-3 stupně možného napětí a výkonu ohřívače. Nejběžnější dvoupolohový způsob krokového řízení. Podle tohoto způsobu je pec buď připojena k síti při svém jmenovitém výkonu, nebo zcela odpojena od sítě. Požadovaná hodnota průměrného příkonu do pece je zajištěna změnou poměru doby zapnutého a vypnutého stavu.

Průměrná teplota v peci odpovídá průměrnému příkonu do pece. Náhlé změny okamžitého výkonu mají za následek kolísání teploty kolem průměrné úrovně. Velikost těchto kmitů je určena velikostí odchylek P MGNOV od průměrné hodnoty a velikostí tepelné setrvačnosti pece. Ve většině obecných průmyslových pecí je velikost tepelné setrvačnosti tak velká, že kolísání teploty v důsledku stupňovité regulace nepřekračuje požadovanou přesnost udržování teploty. Konstrukčně může být ovládání zapnuto-vypnuto zajištěno buď konvenčním stykačem nebo tyristorovým spínačem. Tyristorový spínač obsahuje back-to-back

Existují modifikace tyristorových spínačů, které vůbec nepoužívají kontakty.

Tyristorové spínače jsou spolehlivější než stykače, jsou jiskrové a explozivní, mají tichý provoz a jsou o něco dražší.

Kroková regulace má účinnost blízkou 1, až M »1.