Yarov V. M.
Surse de energie pentru cuptoare cu rezistență electrică
Tutorial

Publicat prin hotărâre a Consiliului editorial și editorial din Chuvash universitate de stat numit după I. I. Ulyanov

Universitatea de Stat Chuvash
1982

Manualul este destinat studenților specialității „Instalații electrotermale” care efectuează cursuri la cursul „Controlul automat al instalațiilor electrotermale” și diplomă de proiectare cu studiu aprofundat al surselor de energie pentru cuptoare electrice cu rezistență.

Manualul analizează caracteristicile de funcționare ale regulatoarelor de tensiune alternativă cu tiristoare atunci când funcționează la sarcini diferite. Este descris principiul de funcționare al amplificatoarelor magnetice și al surselor parametrice de curent. Este furnizată o descriere a circuitelor specifice de control al sursei de alimentare.

Reprezentant. redactor: dr. tehnologie. științe; profesor Yu. M. MIRONOV.

Introducere

Capitolul I. Principii de reglare a puterii cuptoarelor cu rezistență electrică
1.1. Caracteristicile unui cuptor cu rezistență electrică ca sarcină a sursei de energie
1.2. Metode de reglare a puterii unui cuptor cu rezistență electrică
1.2.1. Reglarea tensiunii de alimentare
1.2.2. Comutarea încălzitoarelor cuptorului
1.23. Puterea cuptorului reglată prin modificarea formei curbei curentului

Capitolul 2. Amplificatoare magnetice cu autosaturare
2.1. Lucrul cu sarcină activă
2.2. Funcționarea unui amplificator magnetic pe o sarcină AC activ-inductivă

Capitolul 3. Sursa parametrică de curent
3.1. Principiul de funcționare
3.2. Metode de reglare a curentului de sarcină

Capitolul 4. Regulator de tensiune AC fază-impuls
4.1. Principiul de funcționare al regulatorului
4.2. Regulator de sarcină activă
4.3. Analiză cu sarcină activ-inductivă
4.4. Sursă de impuls de fază cu sarcină de transformator
4.5. Regulatoare de tensiune AC trifazate
4.6. Sisteme de control pentru surse de alimentare monofazate cu impulsuri
4.6.1. Diagrame funcționale sistem de control
4.6.2. Sisteme de control multicanal
4.6.3. Sisteme de control cu ​​un singur canal
4.7 Sistem de control trifazat al sursei de alimentare

Capitolul 5. Surse de alimentare cu control al lățimii impulsului
5.1. Modul electric al sursei cu sarcină activă
5.2. Procese într-un transformator în timpul pornirii periodice
5.3. Metode de pornire a unei sarcini de transformator fără a magnetiza supratensiunile de curent
5.4. Caracteristicile pornirii unui transformator trifazat
5.5. Sisteme de control al regulatorului de comutare
5.5.1. Cerințe pentru sistemele de control
5.5.2. Sisteme de control pentru regulatoare de comutare monofazate
5.5.3. Sistem de control al regulatorului de lățime a impulsului cu sarcina transformatorului
5.5.4. Sistem de control al regulatorului trifazat

Capitolul 6. Influenţa surselor de tensiune alternativă reglată asupra reţelei de alimentare
6.1. Compararea metodelor de reglare a tensiunii AC
6.2. Modul de funcționare în grup a regulatoarelor ca modalitate de îmbunătățire a performanței energetice
6.3. Optimizarea metodelor de control pentru regulatoarele de lățime a impulsurilor sub sarcină de grup
6.4. Sistem de control pentru un grup de regulatoare de lățime a impulsurilor cu comutare în intervale egale
6.5. Creșterea coeficientului, puterea într-un singur regulator de tensiune AC

Introducere

Pentru a menține o temperatură constantă în cuptor sau pentru a o modifica conform unei legi date, este necesar să se poată schimba puterea pe o gamă largă. Cerințele pentru precizia controlului, în funcție de procesul tehnologic efectuat în cuptor, variază foarte mult. De exemplu, la topirea metalelor și la încălzirea lor pentru deformare plastică, acestea sunt scăzute - sunt acceptabile fluctuații de temperatură de ± 25-50 ° C; în timpul tratamentului termic, aceste cerințe devin mai stricte, ajungând la ±10-±5° C. Această calitate a reglarii poate fi asigurată prin reglare în două și trei poziții.

Proces tehnologic de producere a dispozitivelor semiconductoare, monocristale diverse materiale, tratamentul termic al sticlei etc impune cerințe stricte privind calitatea controlului temperaturii. Asigurarea unor astfel de cerințe ridicate (±0,5-±3°C) la nivelul de 1000-1500°C este posibilă numai cu utilizarea surselor controlate fără contact bazate pe amplificatoare magnetice sau tiristoare.

Diversitate procese tehnologice determină diversitatea surselor de pntannya. Amplificatoarele magnetice au fost practic înlocuite cu amplificatoare cu transformator, deoarece acestea din urmă au o eficiență mai mare, caracteristici dinamice mai bune și indicatori de greutate și dimensiune.

În instalațiile de încălzire prin contact se folosesc surse parametrice de curent, al căror principiu de funcționare se bazează pe fenomenul de rezonanță într-o rețea trifazată.

Puterea surselor de alimentare cu tiristoare utilizate în prezent variază de la sute de wați la sute de kilowați. Manualul oferă o comparație a metodelor de control al tiristoarelor și evaluează domeniile lor de aplicare.

Cheboksary, editura ChuvGU, 1982

• A) continuitatea reglementării. Tiristoarele comută curentul din sarcină la frecvența rețelei (de 50 de ori pe secundă), ceea ce vă permite să mențineți temperatura cu o precizie ridicată și să răspundeți rapid la modificările influențelor perturbatoare;
• B) absența contactelor mecanice crește fiabilitatea și reduce costurile de întreținere și exploatare;
• C) posibilitatea de limitare a curenților de pornire a elementelor electrice de încălzire. Multe cuptoare se caracterizează prin rezistența scăzută a elementelor de încălzire în stare rece, astfel încât curenții de pornire pot fi de 10 sau mai multe ori mai mari decât curentul nominal. Curenții de pornire pot fi limitați numai prin controlul fază-impuls al tiristoarelor.

R Regulatorul de putere a tiristoarelor dezvoltat de Zvezda-Electronics LLC este un dispozitiv multifuncțional modern. Sistemul său de control este construit pe un procesor de semnal digital puternic care monitorizează continuu un număr mare de semnale de control în timp real. Acest lucru oferă o serie de avantaje față de echipamente similare:

• configuratie flexibila pentru orice tip de sarcina si proces tehnologic;
• indicație clară pe afișajul cu cristale lichide;
• un complex dezvoltat de protecție și autodiagnosticare a defecțiunilor;
• suport pentru două metode de control al tiristoarelor - fază-puls și numeric;
• moduri de stabilizare precisă sau limitare a curentului;
• posibilitatea implementării reglementării multizonale;
• integrare ușoară în sistemele automate de control al procesului.

Datorită acestui fapt, a fost posibilă dezvoltarea mai multor soluții de automatizare gata făcute. Deoarece aceste soluții se bazează pe produse produse în serie, achiziționarea și implementarea acestui echipament va costa mult mai puțin decât dezvoltarea unui sistem de automatizare personalizat.

Exemplul 1. Automatizarea unui cuptor electric.

Pentru controlul automat al cuptorului se folosește regulatorul PID TRM210-Shch1.IR. La intrarea sa universală este conectat un senzor de temperatură, al cărui element sensibil se află în interiorul cuptorului electric. Controlerul PID măsoară temperatura curentă și acționează asupra controlerului tiristor cu un semnal analogic de 4..20 mA. Astfel, este implementat un sistem de control cu ​​o buclă de feedback închisă a temperaturii. Ieșirea releului a controlerului PID poate fi utilizată pentru semnalizarea alarmei.

Exemplul 2. Automatizarea camerei de uscare.

Folosind controlerul software TRM151-Shch1.IR.09, este implementat procesul de uscare a lemnului. Dispozitivul acționează asupra intrării de control a regulatorului tiristor cu un semnal analogic de 4..20 mA și, prin urmare, reglează puterea și, prin urmare, temperatura din interiorul camerei, în timp ce ieșirea releului pornește periodic ventilatorul, ceea ce contribuie la uscare mai uniformă. Controlerul software TRM151 vă permite să efectuați procesul de uscare conform diferitelor programe compilate de tehnolog, de exemplu, pentru tipuri diferite lemn - molid, pin, stejar etc.

Exemplul 3. Automatizarea unui sistem de încălzire cu mai multe zone.

Un exemplu interesant este sistemul de control pentru încălzitoarele cu infraroșu, a cărui popularitate crește în fiecare an. În acest scop, este utilizat un controler PID multicanal TRM148. Încălzitoarele sunt conectate într-o configurație în stea cu un fir neutru comun, creând astfel trei bucle de control independente. Fiecare zonă are propriul său senzor - D1, D2, D3 - luând citiri din care controlerul PID reglează semnalele de control 4..20 mA pentru controlerul tiristor, care reglează separat puterea în fiecare dintre elementele de încălzire.

Desigur, aceste exemple nu limitează gama de probleme care pot fi rezolvate folosind regulatorul tiristor TRM. Este posibilă, de exemplu, automatizarea camerelor de ventilație de alimentare, camerelor de vopsire, controlul automat al încălzirii electrice și cazanelor de apă caldă și multe altele.

Există 2 abordări fundamental diferite ale controlului puterii:

Control continuu, în care orice putere necesară poate fi introdusă în cuptor.

Controlul în trepte, în care doar o gamă discretă de puteri poate fi introdusă în cuptor.

Primul necesită o reglare lină a tensiunii pe încălzitoare. O astfel de reglare poate fi efectuată folosind orice tip de amplificatoare de putere (generator, redresor cu tiristoare, EMU). În practică, cele mai comune sunt tiristoarele surse de alimentare, construit conform schemei TRN. Astfel de regulatoare se bazează pe proprietățile unui tiristor conectat într-un circuit de curent alternativ în serie cu rezistența activă a încălzitorului. Sursele de alimentare cu tiristoare conțin tiristoare conectate spate la spate, echipate cu SIFU.

Unghiul de control și, prin urmare, tensiunea efectivă pe sarcină, depinde de tensiunea externă aplicată sursei. Pentru a reduce efectul opririi tensiunii de alimentare asupra condițiilor termice ale cuptorului, sursele de alimentare cu tiristoare oferă de obicei feedback negativ asupra tensiunii de ieșire. Sursele de alimentare cu tiristoare au o eficiență ridicată (până la 98%). Factorul de putere depinde liniar de adâncimea reglării tensiunii de ieșire, la un unghi  mai mic de 0 - la M = 1, la  = 180 la M = 0. Factorul de putere este determinat nu numai de defazajul tensiunii și prima armonică a curentului, dar și prin valoarea armonicilor superioare ale curentului . Prin urmare, utilizarea condensatoarelor compensatoare nu permite nicio creștere semnificativă a M.

În a doua metodă, tensiunea de pe încălzitor este schimbată, făcând o comutare în circuitele de alimentare ale cuptorului. De obicei, există 2-3 trepte de tensiune posibilă și puterea încălzitorului. Cea mai comună metodă de control în două poziții. Conform acestei metode, cuptorul este fie conectat la rețea la puterea sa nominală, fie complet deconectat de la rețea. Valoarea necesară a puterii medii de intrare în cuptor este furnizată prin modificarea raportului dintre timpul stării de pornire și oprire.

Temperatura medie în cuptor corespunde puterii medii introduse în cuptor. Schimbările bruște ale puterii instantanee duc la fluctuații de temperatură în jurul nivelului mediu. Mărimea acestor oscilații este determinată de mărimea abaterilor lui P MGNOV de la valoarea medie și de mărimea inerției termice a cuptorului. În majoritatea cuptoarelor industriale generale, magnitudinea inerției termice este atât de mare încât fluctuațiile de temperatură datorate controlului în trepte nu depășesc precizia necesară pentru menținerea temperaturii. Din punct de vedere structural, controlul pornit-oprit poate fi asigurat fie printr-un contactor convențional, fie printr-un comutator cu tiristor. Comutatorul tiristor conține contra-paralel cu
tiristoare conectate care funcționează cu=0.

Dacă contactul de curent scăzut S este deschis, circuitul de control VS1, VS2 este întrerupt, tiristoarele sunt închise și tensiunea pe sarcină este zero. Dacă S este închis, sunt create circuite pentru curgerea curenților de control. Catodul este pozitiv, anodul VS1 este negativ. În acest caz, curentul de control circulă prin catodul circuitului VS1 – VD1 – R – S – electrodul de control VS2 – catodul VS2. VS2 pornește și conduce curentul electric pe toată durata semiciclului. În următoarea jumătate de ciclu, VS1 este pornit în mod similar.

CU
Există și întrerupătoare trifazate. Ele folosesc două blocuri de tiristoare spate în spate conectate în paralel. Circuitele de alimentare ale unor astfel de întrerupătoare sunt construite conform următoarei diagrame:

Există modificări ale comutatoarelor cu tiristoare care nu folosesc deloc contacte.

Comutatoarele cu tiristoare sunt mai fiabile decât contactoarele, sunt rezistente la scântei și explozii, funcționează silențios și puțin mai scumpe.

Controlul pasului are o eficiență apropiată de 1, la M 1.

V. Krylov

În prezent, tiristoarele sunt utilizate pe scară largă în diverse dispozitive control automat, alarma si control. Un tiristor este o diodă semiconductoare controlată, care se caracterizează prin două stări stabile: deschisă, când rezistența directă a tiristorului este foarte mică, iar curentul din circuitul său depinde în principal de tensiunea sursei de alimentare și de rezistența de sarcină și închis, când rezistența sa directă este mare și curentul este de câțiva miliamperi.

În fig. Figura 1 prezintă o caracteristică tipică curent-tensiune a unui tiristor, unde secțiunea O A corespunde stării închise a tiristorului, iar secțiunea BB corespunde stării deschise.

La tensiuni negative, tiristorul se comportă ca o diodă obișnuită (secțiune OD).

Dacă creșteți tensiunea directă pe un tiristor închis cu curentul electrodului de control egal cu zero, atunci când se atinge valoarea Uon, tiristorul se va deschide. Această comutare a tirostorului se numește comutare de-a lungul anodului. Funcționarea unui tiristor în acest caz este similară cu funcționarea unei diode semiconductoare necontrolate cu patru straturi - un dinistor.

Prezența unui electrod de control permite tiristorului să se deschidă la o tensiune anodică mai mică decât Uon. Pentru a face acest lucru, este necesar să treceți curentul de control Iу prin circuitul electrod-catod de control. Caracteristica curent-tensiune a tiristorului pentru acest caz este prezentată în Fig. 1 linie punctată. Curentul minim de control necesar pentru deschiderea tiristorului se numește curent de redresare Irev. Curentul de redresare depinde foarte mult de temperatură. În cărțile de referință este indicat la o anumită tensiune anodică. Dacă în timpul funcționării curentului de control curentul anodului depășește valoarea curentului de deconectare Ioff, atunci tiristorul va rămâne deschis chiar și după terminarea curentului de control; dacă acest lucru nu se întâmplă, tiristorul se va închide din nou.

Dacă tensiunea la anodul tiristorului este negativă, nu este permisă aplicarea tensiunii electrodului său de control. O tensiune negativă (față de catod) la care curentul invers al electrodului de control depășește câțiva miliamperi este, de asemenea, inacceptabilă.

Un tiristor deschis poate fi comutat într-o stare închisă doar prin reducerea curentului său anodic la o valoare mai mică decât Ioff. În dispozitivele de curent continuu se folosesc circuite speciale de stingere în acest scop, iar într-un circuit de curent alternativ, tiristorul se închide independent în momentul în care valoarea curentului anodic trece prin zero.

Acesta este motivul pentru cea mai largă utilizare a tiristoarelor în circuitele de curent alternativ. Toate circuitele discutate mai jos se referă numai la tiristoarele conectate la circuitul de curent alternativ.

Pentru a asigura funcționarea fiabilă a tiristorului, sursa de tensiune de control trebuie să îndeplinească anumite cerințe. În fig. 2 prezintă circuitul echivalent al sursei de tensiune de comandă, iar Fig. 3 - un grafic cu care puteți determina cerințele pentru linia sa de încărcare.

Pe grafic, liniile A și B limitează zona de răspândire a caracteristicilor curent-tensiune de intrare ale tiristorului, care reprezintă dependența tensiunii de pe electrodul de control Uу de curentul acestui electrod Iу cu circuitul anodic deschis. Direct B determină tensiunea minimă Uу la care orice tiristor de un anumit tip se deschide la o temperatură minimă. Direct Г determină curentul minim Iу suficient pentru a deschide orice tiristor de un anumit tip la o temperatură minimă. Fiecare tiristor specific se deschide la un anumit punct al caracteristicii sale de intrare. Zona umbrită este locația geometrică a unor astfel de puncte pentru toate tiristoarele de un anumit tip care satisfac specificatii tehnice. Liniile directe D și E determină valorile maxime admise ale tensiunii Uy și respectiv curentului Iy și curba K - valoarea maximă admisă a puterii disipate la electrodul de control. Linia de sarcină L a sursei de semnal de control este trasată prin punctele care determină tensiunea miscare inactiv sursa Eу.хх și curentul său de scurtcircuit Iу.кз = Eу.хх/Rinternal, unde Rinternal este rezistența internă a sursei. Punctul de intersecție S al dreptei de sarcină L cu caracteristica de intrare (curba M) a tiristorului selectat ar trebui să fie situat în zona situată între zona umbrită și liniile A, D, K, E și B.

Această zonă se numește zona de deschidere preferată. Linia dreaptă orizontală H determină cea mai mare tensiune la tranziția de control, la care nu se deschide un singur tiristor de acest tip la temperatura maximă admisă. Astfel, această valoare, zecimi de volt, determină amplitudinea maximă admisă a tensiunii de interferență în circuitul de control al tiristoarelor.

După deschiderea tiristorului, circuitul de control nu îi afectează starea, astfel încât tiristorul poate fi controlat prin impulsuri de scurtă durată (zeci sau sute de microsecunde), ceea ce simplifică circuitele de control și reduce puterea disipată la electrodul de control. Durata impulsului, totuși, trebuie să fie suficientă pentru a crește curentul anodului la o valoare care depășește curentul de oprire Ioff pentru diferite tipuri de sarcină și mod de funcționare a tiristorului.

Simplitatea comparativă a dispozitivelor de control la operarea tiristoarelor în circuite de curent alternativ a condus la utilizarea pe scară largă a acestor dispozitive ca elemente de control în dispozitivele de stabilizare și reglare a tensiunii. Valoarea medie a tensiunii de sarcină este reglată prin modificarea momentului de alimentare (adică a fazei) a semnalului de comandă în raport cu începutul semiciclului de tensiune de alimentare. Rata de repetiție a impulsurilor de control în astfel de circuite trebuie să fie sincronizată cu frecvența rețelei.

Există mai multe metode de control al tiristoarelor, dintre care trebuie remarcate amplitudinea, fază și impulsul de fază.

Metoda de control al amplitudinii constă în aplicarea unei tensiuni pozitive care variază ca valoare la electrodul de control al tiristorului. Tiristorul se deschide în momentul în care această tensiune devine suficientă pentru ca curentul de redresare să circule prin joncțiunea de comandă. Schimbând tensiunea pe electrodul de control, puteți modifica momentul de deschidere al tiristorului. Cea mai simplă schemă Un regulator de tensiune construit pe acest principiu este prezentat în Fig. 4.

O parte a tensiunii anodice a tiristorului, adică tensiunea semiciclului pozitiv al rețelei, este utilizată aici ca tensiune de control. Rezistorul R2 modifică momentul de deschidere al tiristorului D1 și, în consecință, tensiunea medie pe sarcină. Când rezistorul R2 este introdus complet, tensiunea pe sarcină este minimă. Dioda D2 protejează joncțiunea de control a tiristorului de tensiune inversă. Trebuie remarcat faptul că circuitul de control nu este conectat direct la rețea, ci în paralel cu tiristorul. Acest lucru se face astfel încât tiristorul deschis să oprească circuitul de control, prevenind disiparea inutilă a puterii asupra elementelor sale.

Principalele dezavantaje ale dispozitivului în cauză sunt dependența puternică a tensiunii de sarcină de temperatură și necesitatea selectării individuale a rezistențelor pentru fiecare instanță de tiristor. Primul se explică prin dependența de temperatură a curentului de redresare a tiristoarelor, al doilea prin răspândirea lor mare caracteristicile de intrare. În plus, dispozitivul este capabil să ajusteze momentul de deschidere al tiristorului numai în prima jumătate a semiciclului pozitiv al tensiunii rețelei.

Dispozitivul de control, a cărui diagramă este prezentată în Fig. 5, vă permite să extindeți domeniul de control la 180 °, iar includerea unui tiristor în diagonala punții redresoare vă permite să reglați tensiunea pe sarcină în timpul ambelor semicicluri ale tensiunii rețelei.

Condensatorul C1 este încărcat prin rezistențele R1 și R2 la o tensiune la care trece un curent egal cu curentul de redresare prin joncțiunea de control a tiristorului. În acest caz, tiristorul se deschide, trecând curent prin sarcină. Datorită prezenței unui condensator, tensiunea de sarcină este mai puțin dependentă de fluctuațiile de temperatură, dar, cu toate acestea, acest dispozitiv are și aceleași dezavantaje.

Cu metoda fază de control a tiristoarelor folosind o punte de defazare, faza tensiunii de control este schimbată în raport cu tensiunea de la anodul tiristorului. În fig. Figura 6 prezintă o diagramă a unui regulator de tensiune cu jumătate de undă, în care modificarea tensiunii pe sarcină este efectuată de rezistorul R2, conectat la unul dintre brațele podului, din diagonala căreia este furnizată tensiunea către joncțiunea de control a tiristorului.

Tensiunea pe fiecare jumătate a înfășurării de control III ar trebui să fie de aproximativ 10 V. Parametrii rămași ai transformatorului sunt determinați de tensiune și puterea de sarcină. Principalul dezavantaj al metodei de control de fază este panta mică a tensiunii de control, motiv pentru care stabilitatea momentului de deschidere a tiristorului este scăzută.

Metoda fază-impuls de control a tiristoarelor diferă de cea anterioară prin aceea că, pentru a crește acuratețea și stabilitatea momentului de deschidere al tiristorului, electrodului său de control este aplicat un impuls de tensiune cu o margine abruptă. Această metodă este în prezent cea mai răspândită. Schemele care implementează această metodă sunt foarte diverse.

În fig. 7 prezintă o diagramă a unuia dintre cele mai multe dispozitive simple folosind metoda fază-puls de control tiristor.

Cu o tensiune pozitivă la anodul tiristorului D3, condensatorul C1 este încărcat prin dioda D1 și rezistența variabilă R1. Când tensiunea de pe condensator atinge tensiunea de pornire a dinistorului D2, se deschide și condensatorul este descărcat prin joncțiunea de control a tiristorului. Acest impuls de curent de descărcare deschide tiristorul D3 și curentul începe să curgă prin sarcină. Prin schimbarea curentului de încărcare a condensatorului cu rezistorul R1, puteți modifica momentul de deschidere al tiristorului în jumătatea ciclului de tensiune de rețea. Rezistorul R2 previne autodeschiderea tiristorului D3 din cauza curenților de scurgere la temperaturi ridicate. In functie de conditiile tehnice, atunci cand tiristoarele functioneaza in modul standby, instalarea acestui rezistor este obligatorie. Arată în Fig. 7, circuitul nu a găsit o aplicație largă din cauza răspândirii mari a tensiunii de pornire a dinistorului, ajungând până la 200% și a dependenței semnificative a tensiunii de pornire de temperatură.

Una dintre varietățile metodei fază-impuls de control a tiristoarelor este așa-numitul control vertical, care este în prezent cel mai răspândit. Constă în faptul că la intrarea generatorului de impulsuri se face o comparație (Fig. 8) a unei tensiuni constante (1) și a unei tensiuni care variază în mărime (2). În momentul egalității acestor tensiuni, se generează un impuls de control tiristor (3). O tensiune alternativă poate avea o formă sinusoidală, triunghiulară sau dinți de ferăstrău (așa cum se arată în Fig. 8).

După cum se poate observa din figură, modificarea momentului de apariție a impulsului de control, adică schimbarea fazei acestuia, se poate face în trei moduri diferite:

modificarea ratei de creștere a tensiunii alternative (2a),

modificându-și nivelul inițial (2b) și

modificarea valorii tensiunii constante (1a).

În fig. Figura 9 prezintă o diagramă bloc a unui dispozitiv care implementează metoda verticală de control a tiristoarelor.

Ca orice alt dispozitiv de control al impulsurilor de fază, acesta constă dintr-un dispozitiv de defazare FSU și un generator de impulsuri GI. Dispozitivul de defazare, la rândul său, conține un dispozitiv de intrare VU care primește tensiunea de control Uу, un generator de tensiune alternativă (în mărime) GPG și un dispozitiv de comparare SU. Ca aceste elemente pot fi utilizate o varietate de dispozitive.

În fig. 10 dat schema circuitului dispozitiv de control pentru un tiristor (D5) conectat în serie cu un redresor în punte (D1 - D4).

Dispozitivul constă dintr-un generator de tensiune din dinți de ferăstrău cu un comutator tranzistor (T1), un declanșator Schmitt (T2, T3) și un amplificator de comutare de ieșire (T4). Sub influența tensiunii îndepărtate din înfășurarea de sincronizare III a transformatorului Tr1, tranzistorul T1 este închis. În acest caz, condensatorul C1 este încărcat prin rezistențele R3 și R4. Tensiunea pe condensator crește de-a lungul unei curbe exponențiale, a cărei secțiune inițială, cu o anumită aproximare, poate fi considerată liniară (2, vezi Fig. 8).

În acest caz, tranzistorul T2 este închis și T3 este deschis. Curentul emițătorului tranzistorului T3 creează o cădere de tensiune pe rezistorul R6, care determină nivelul de funcționare al declanșatorului Schmitt (1 în Fig. 8). Suma tensiunilor la rezistorul R6 și la tranzistorul deschis T3 este mai mică decât tensiunea la dioda Zener D10, astfel încât tranzistorul T4 este închis. Când tensiunea la condensatorul C1 atinge nivelul de declanșare Schmitt, tranzistorul T2 se deschide și T3 se închide. În același timp, tranzistorul T4 se deschide și un impuls de tensiune apare pe rezistorul R10, deschizând tiristorul D5 (pulsul 3 în Fig. 8). La sfârșitul fiecărui semiciclu al tensiunii de rețea, tranzistorul T1 este deschis de curentul care trece prin rezistorul R2. În acest caz, condensatorul C1 este descărcat aproape la zero și dispozitivul de control revine la starea inițială. Tiristorul se închide în momentul în care amplitudinea curentului anodic trece prin zero. Odată cu începutul următoarei jumătate de ciclu, ciclul de funcționare al dispozitivului se repetă.

Schimbând rezistența rezistorului R3, puteți modifica curentul de încărcare al condensatorului C1, adică rata de creștere a tensiunii pe el și, prin urmare, în momentul în care apare pulsul care deschide tiristorul. Prin înlocuirea rezistenței R3 cu un tranzistor, puteți regla automat tensiunea pe sarcină. Astfel, acest dispozitiv folosește prima dintre metodele de mai sus de deplasare a fazei impulsurilor de control.

O ușoară modificare a circuitului prezentat în Fig. 11 vă permite să obțineți reglementare folosind a doua metodă. În acest caz, condensatorul C1 este încărcat printr-un rezistor constant R4 și rata de creștere a tensiunii din dinte de ferăstrău este aceeași în toate cazurile. Dar când tranzistorul T1 se deschide, condensatorul este descărcat nu la zero, ca în dispozitivul anterior, ci la tensiunea de control Uу.
În consecință, încărcarea condensatorului în ciclul următor va începe de la acest nivel. Prin schimbarea tensiunii Uу se reglează momentul de deschidere al tiristorului. Dioda D11 deconectează sursa de tensiune de control de la condensator în timpul încărcării acestuia.

Etapa de ieșire de pe tranzistorul T4 asigură câștigul de curent necesar. Folosind un transformator de impulsuri ca sarcină, mai multe tiristoare pot fi controlate simultan.

În dispozitivele de control luate în considerare, tensiunea este aplicată tranziției de control a tiristorului pentru o perioadă de timp din momentul egalității tensiunilor directe și dinți de ferăstrău până la sfârșitul semiciclului tensiunii rețelei, adică până la momentul descarcarii condensatorului C1. Durata impulsului de control poate fi redusă prin pornirea unui circuit de diferențiere la intrarea amplificatorului de curent, realizat pe tranzistorul T4 (vezi Fig. 10).

Una dintre variantele metodei verticale de control a tiristoarelor este metoda numărului de impulsuri. Particularitatea sa este că nu un impuls, ci un pachet de impulsuri scurte este aplicat electrodului de control al tiristorului. Durata exploziei este egală cu durata impulsului de control prezentat în Fig. 8.

Rata de repetare a impulsurilor într-o explozie este determinată de parametrii generatorului de impulsuri. Metoda de control al numărului de impulsuri asigură deschiderea fiabilă a tiristorului pentru orice tip de sarcină și face posibilă reducerea puterii disipate la tranziția de control a tiristorului. În plus, dacă la ieșirea dispozitivului este inclus un transformator de impulsuri, este posibilă reducerea dimensiunii acestuia și simplificarea designului.

În fig. Figura 12 prezintă o diagramă a unui dispozitiv de control utilizând metoda numărului de impulsuri.

Ca unitate de comparație și generator de impulsuri este utilizat aici un comparator echilibrat cu diodă regenerativă, constând dintr-un circuit de comparație pe diodele D10, D11 și generatorul de blocare însuși, asamblat pe tranzistorul T2. Diodele D10, D11 controlează funcționarea circuitului de feedback al generatorului de blocare.

Ca și în cazurile anterioare, când tranzistorul T1 este închis, condensatorul C1 începe să se încarce prin rezistorul R3. Dioda D11 este deschisă cu tensiunea Uу, iar dioda D10 este închisă. Astfel, circuitul de înfășurare cu reacție pozitivă IIa al generatorului de blocare este deschis, iar circuitul de înfășurare cu reacție negativă IIb este închis și tranzistorul T2 este închis. Când tensiunea de pe condensatorul C1 atinge tensiunea Uy, dioda D11 se va închide și D10 se va deschide. Circuitul de feedback pozitiv va fi închis, iar generatorul de blocare va începe să genereze impulsuri care vor fi furnizate de la înfășurarea I a transformatorului Tr2 la tranziția de control a tiristorului. Generarea impulsurilor va continua până la sfârșitul semiciclului de tensiune de rețea, când tranzistorul T1 se deschide și condensatorul C1 este descărcat. Dioda D10 se va închide și D11 se va deschide, procesul de blocare se va opri, iar dispozitivul va reveni la starea inițială. Prin modificarea tensiunii de comandă Uу, puteți modifica momentul începerii generării față de începutul semiciclului și, în consecință, momentul deschiderii tiristorului. Astfel, în acest caz, se utilizează a treia metodă de deplasare a fazei impulsurilor de control.

Utilizarea unui circuit echilibrat al unității de comparație asigură stabilitatea temperaturii în funcționarea acestuia. Diodele de siliciu D10 și D11 cu curent invers scăzut fac posibilă obținerea unei rezistențe mari de intrare a unității de comparare (aproximativ 1 MΩ). Prin urmare, practic nu are niciun efect asupra procesului de încărcare a condensatorului C1. Sensibilitatea unității este foarte mare și se ridică la câțiva milivolți. Rezistoarele R6, R8, R9 și condensatorul C3 determină stabilitatea temperaturii punctului de funcționare al tranzistorului T2. Rezistorul R7 servește la limitarea curentului de colector al acestui tranzistor și la îmbunătățirea formei impulsului oscilatorului de blocare. Dioda D13 limitează supratensiunea pe înfășurarea colectorului III a transformatorului Tr2, care apare atunci când tranzistorul este oprit. Transformator de impulsuri Tr2 poate fi realizat pe un inel de ferită 1000NN de dimensiune standard K15X6X4.5. Înfășurările I și III conțin fiecare 75, iar înfășurările II a și II b conțin fiecare 50 de spire de sârmă PEV-2 0,1.

Dezavantajul acestui dispozitiv de control este că este relativ frecventa joasa frecvența de repetiție a pulsului (aproximativ 2 kHz cu o durată a pulsului de 15 μsec). Puteți crește frecvența, de exemplu, prin reducerea rezistenței rezistorului R4, prin care condensatorul C2 este descărcat, dar, în același timp, stabilitatea temperaturii sensibilității unității de comparare este oarecum deteriorată.

Metoda numărului de impulsuri de control a tiristoarelor poate fi utilizată și în dispozitivele discutate mai sus (Fig. 10 și 11), deoarece cu o anumită alegere a valorilor elementului (C1, R4-R10, vezi Fig. 10) declanșatorul Schmitt atunci când tensiunea condensatorului C1 depășește nivelul Când declanșatorul este declanșat, acesta generează nu un singur impuls, ci o secvență de impulsuri. Durata și frecvența lor sunt determinate de parametri și de modul de declanșare. Acest dispozitiv se numește „multivibrator cu un declanșator de descărcare”.

În concluzie, trebuie remarcat faptul că simplificarea semnificativă a circuitului dispozitivelor de control a tiristoarelor, menținând în același timp un nivel ridicat indicatori de calitate poate fi realizată folosind tranzistori unijoncțiuni.

Există 2 abordări fundamental diferite ale controlului puterii:

1) Control continuu, la care orice putere necesară poate fi introdusă în cuptor.

2) Controlul în trepte, în care doar o serie discretă de puteri pot fi introduse în cuptor.

Primul necesită o reglare lină a tensiunii pe încălzitoare. O astfel de reglare poate fi efectuată folosind orice tip de amplificatoare de putere (generator, redresor cu tiristoare, EMU). În practică, cele mai comune sunt sursele de alimentare cu tiristoare construite conform circuitului TRN. Astfel de regulatoare se bazează pe proprietățile unui tiristor conectat într-un circuit de curent alternativ în serie cu rezistența activă a încălzitorului. Sursele de alimentare cu tiristoare conțin tiristoare conectate spate la spate, echipate cu SIFU.

În a doua metodă, tensiunea de pe încălzitor este schimbată, făcând o comutare în circuitele de alimentare ale cuptorului. De obicei, există 2-3 trepte de tensiune posibilă și puterea încălzitorului. Cea mai comună metodă de control în două poziții. Conform acestei metode, cuptorul este fie conectat la rețea la puterea sa nominală, fie complet deconectat de la rețea. Valoarea necesară a puterii medii de intrare în cuptor este furnizată prin modificarea raportului dintre timpul stării de pornire și oprire.

Temperatura medie în cuptor corespunde puterii medii introduse în cuptor. Schimbările bruște ale puterii instantanee duc la fluctuații de temperatură în jurul nivelului mediu. Mărimea acestor oscilații este determinată de mărimea abaterilor lui P MGNOV de la valoarea medie și de mărimea inerției termice a cuptorului. În majoritatea cuptoarelor industriale generale, magnitudinea inerției termice este atât de mare încât fluctuațiile de temperatură datorate controlului în trepte nu depășesc precizia necesară pentru menținerea temperaturii. Din punct de vedere structural, controlul pornit-oprit poate fi asigurat fie printr-un contactor convențional, fie printr-un comutator cu tiristor. Comutatorul tiristor conține spate la spate

Există modificări ale comutatoarelor cu tiristoare care nu folosesc deloc contacte.

Comutatoarele cu tiristoare sunt mai fiabile decât contactoarele, sunt rezistente la scântei și explozii, funcționează silențios și puțin mai scumpe.

Controlul pasului are o eficiență apropiată de 1, la M »1.