Yarov V. M.
Zdroje energie pre elektrické odporové pece
Návod

Publikované rozhodnutím redakčnej a vydavateľskej rady Chuvash štátna univerzita pomenovaná po I. I. Uljanovovi

Čuvašská štátna univerzita
1982

Učebnica je určená pre študentov odboru „Elektrotermické inštalácie“, ktorí vykonávajú ročníková práca v predmete „Automatické riadenie elektrotepelných inštalácií“ a diplomový projekt s hĺbkovým štúdiom zdrojov energie pre odporové elektrické pece.

Príručka analyzuje prevádzkové vlastnosti tyristorových regulátorov striedavého napätia pri prevádzke pri rôznych zaťaženiach. Je popísaný princíp činnosti magnetických zosilňovačov a parametrických zdrojov prúdu. Poskytuje sa popis konkrétnych riadiacich obvodov napájania.

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

Úvod

Kapitola I. Zásady regulácie výkonu elektrických odporových pecí
1.1. Charakteristika elektrickej odporovej pece ako záťaže zdroja energie
1.2. Spôsoby regulácie výkonu elektrickej odporovej pece
1.2.1. Regulácia napájacieho napätia
1.2.2. Spínacie ohrievače pece
1.23. Regulovaný výkon pece zmenou tvaru krivky prúdu

Kapitola 2. Magnetické zosilňovače s vlastným saturovaním
2.1. Práca s aktívnym zaťažením
2.2. Prevádzka magnetického zosilňovača na aktívnej indukčnej striedavej záťaži

Kapitola 3. Parametrický zdroj prúdu
3.1. Princíp fungovania
3.2. Metódy regulácie záťažového prúdu

Kapitola 4. Fázový pulzný regulátor striedavého napätia
4.1. Princíp činnosti regulátora
4.2. Aktívny regulátor zaťaženia
4.3. Analýza s aktívnym indukčným zaťažením
4.4. Zdroj fázových impulzov so záťažou transformátora
4.5. Trojfázové regulátory striedavého napätia
4.6. Riadiace systémy pre jednofázové napájacie zdroje s fázovým impulzom
4.6.1. Funkčné diagramy riadiacich systémov
4.6.2. Viackanálové riadiace systémy
4.6.3. Jednokanálové riadiace systémy
4.7 Systém riadenia trojfázového napájania

Kapitola 5. Napájacie zdroje s pulznou reguláciou
5.1. Elektrický režim zdroj s aktívnou záťažou
5.2. Procesy v transformátore pri periodickom zapínaní
5.3. Spôsoby zapínania záťaže transformátora bez magnetizačných prúdových rázov
5.4. Vlastnosti zapínania trojfázového transformátora
5.5. Riadiace systémy spínacích regulátorov
5.5.1. Požiadavky na riadiace systémy
5.5.2. Riadiace systémy pre jednofázové spínacie regulátory
5.5.3. Riadiaci systém pulzne-šírkového regulátora so záťažou transformátora
5.5.4. Riadiaci systém trojfázového regulátora

Kapitola 6. Vplyv regulovaných zdrojov striedavého napätia na napájaciu sieť
6.1. Porovnanie metód regulácie striedavého napätia
6.2. Skupinový režim činnosti regulátorov ako spôsob zlepšenia energetickej hospodárnosti
6.3. Optimalizácia metód riadenia pre pulzne-šírkové regulátory pri skupinovej záťaži
6.4. Riadiaci systém pre skupinu pulzne-šírkových regulátorov s intervalovým spínaním
6.5. Zvýšenie koeficientu, výkonu v jednom regulátore striedavého napätia

Úvod

Na udržanie konštantnej teploty v peci alebo na jej zmenu podľa daného zákona je potrebné mať možnosť meniť jej výkon v širokom rozsahu. Požiadavky na presnosť regulácie sa v závislosti od technologického procesu vykonávaného v peci značne líšia. Napríklad pri tavení kovov a ich zahrievaní na plastickú deformáciu sú nízke - prípustné sú teplotné výkyvy ±25-50 ° C; pri tepelnom spracovaní sa tieto požiadavky sprísňujú, dosahujú ±10-±5° C. Túto kvalitu regulácie je možné zabezpečiť dvoj- a trojpolohovou reguláciou.

Technologický postup výroby polovodičových súčiastok, monokryštálov rôzne materiály, tepelné spracovanie skla a pod. kladie prísne požiadavky na kvalitu kontroly teploty. Zabezpečiť tak vysoké požiadavky (±0,5-±3°C) na úrovni 1000-1500°C je možné len pri použití riadených bezkontaktných zdrojov na báze magnetických alebo tyristorových zosilňovačov.

Rôznorodosť technologických procesov určuje rozmanitosť zdrojov pntannya. Magnetické zosilňovače boli prakticky nahradené transformátorovými zosilňovačmi, pretože tieto majú vyššiu účinnosť, lepšie dynamické vlastnosti a ukazovatele hmotnosti a veľkosti.

V zariadeniach kontaktného vykurovania sa používajú parametrické zdroje prúdu, ktorých princíp činnosti je založený na fenoméne rezonancie v trojfázovej sieti.

Výkon v súčasnosti používaných tyristorových zdrojov sa pohybuje od stoviek wattov až po stovky kilowattov. Príručka poskytuje porovnanie metód riadenia tyristorov a hodnotí oblasti ich použitia.

Cheboksary, vydavateľstvo ChuvGU, 1982

• A) kontinuita regulácie. Tyristory spínajú prúd v záťaži pri frekvencii siete (50-krát za sekundu), čo umožňuje udržiavať teplotu s vysokou presnosťou a rýchlo reagovať na zmeny rušivých vplyvov;
• B) absencia mechanických kontaktov zvyšuje spoľahlivosť a znižuje náklady na údržbu a prevádzku;
• C) možnosť obmedzenia štartovacích prúdov elektrických vykurovacích telies. Mnohé pece sa vyznačujú nízkym odporom vykurovacích telies v studenom stave, takže štartovacie prúdy môžu byť 10 alebo viackrát vyššie ako menovitý prúd. Nábehové prúdy je možné obmedziť len pomocou fázovo-pulzného riadenia tyristorov.

R Tyristorový regulátor výkonu vyvinutý spoločnosťou Zvezda-Electronics LLC je moderné multifunkčné zariadenie. Jeho riadiaci systém je postavený na výkonnom digitálnom signálovom procesore, ktorý nepretržite monitoruje veľké množstvo riadiacich signálov v reálnom čase. To poskytuje množstvo výhod oproti podobným zariadeniam:

• flexibilná konfigurácia pre akýkoľvek typ zaťaženia a technologický proces;
• jasná indikácia na displeji z tekutých kryštálov;
• vyvinutý komplex ochrany a autodiagnostiky porúch;
• podpora dvoch spôsobov tyristorového riadenia - fázovo-pulzné a numerické;
• režimy presnej stabilizácie alebo obmedzenia prúdu;
• možnosť implementácie viaczónovej regulácie;
• jednoduchá integrácia do automatizovaných systémov riadenia procesov.

Vďaka tomu bolo možné vyvinúť niekoľko hotových automatizačných riešení. Keďže tieto riešenia sú založené na masovo vyrábaných produktoch, nákup a implementácia tohto zariadenia bude stáť podstatne menej ako vývoj automatizačného systému na mieru.

Príklad 1. Automatizácia elektrickej pece.

Pre automatické riadenie pece slúži PID regulátor TRM210-Shch1.IR. Na jej univerzálny vstup je pripojený teplotný senzor, ktorého citlivý prvok je umiestnený vo vnútri elektrickej rúry. PID regulátor meria aktuálnu teplotu a pôsobí na tyristorový regulátor analógovým signálom 4..20 mA. Takto je implementovaný riadiaci systém s uzavretou slučkou teplotnej spätnej väzby. Reléový výstup PID regulátora je možné použiť na signalizáciu alarmu.

Príklad 2. Automatizácia sušiacej komory.

Pomocou softvérového ovládača TRM151-Shch1.IR.09 sa realizuje proces sušenia dreva. Prístroj pôsobí na riadiaci vstup tyristorového regulátora analógovým signálom 4..20 mA a tým reguluje výkon, a teda teplotu vo vnútri komory, pričom reléový výstup periodicky zapína ventilátor, čo prispieva rovnomernejšie sušenie. Softvérový ovládač TRM151 umožňuje realizovať proces sušenia podľa rôznych programov zostavených technológom, napr. odlišné typy drevo - smrek, borovica, dub atď.

Príklad 3. Automatizácia viaczónového vykurovacieho systému.

Zaujímavý je napríklad riadiaci systém pre infražiariče, ktorého obľuba každým rokom rastie. Na tento účel sa používa viackanálový PID regulátor TRM148. Ohrievače sú zapojené do hviezdy so spoločným neutrálnym vodičom, čím sa vytvárajú tri nezávislé regulačné slučky. Každá zóna má vlastný snímač - D1, D2, D3 - snímajúci hodnoty, z ktorých PID regulátor upravuje riadiace signály 4..20 mA pre tyristorový regulátor, ktorý reguluje výkon samostatne v každom z vykurovacích telies.

Tieto príklady samozrejme neobmedzujú rozsah problémov, ktoré je možné riešiť pomocou tyristorového regulátora TRM. Je možné napríklad automatizovať napájanie ventilačných komôr, farbiacich komôr, automatické riadenie elektrických vykurovacích a teplovodných kotlov a mnohé ďalšie.

Existujú 2 zásadne odlišné prístupy k regulácii výkonu:

Plynulé riadenie, pri ktorom je možné do pece zaviesť akýkoľvek požadovaný výkon.

Krokové riadenie, pri ktorom je možné do pece zaviesť iba diskrétny rozsah výkonov.

Prvý vyžaduje hladkú reguláciu napätia na ohrievačoch. Takáto regulácia môže byť vykonaná pomocou akéhokoľvek typu výkonových zosilňovačov (generátor, tyristorový usmerňovač, EMU). V praxi sú najbežnejšie tyristorové napájacie zdroje, postavený podľa schémy TRN. Takéto regulátory sú založené na vlastnostiach tyristora zapojeného do obvodu striedavého prúdu v sérii s aktívnym odporom ohrievača. Tyristorové napájacie zdroje obsahujú spätne paralelne zapojené tyristory vybavené SIFU.

Riadiaci uhol, a teda efektívne napätie na záťaži, závisí od externého napätia aplikovaného na zdroj. Aby sa znížil vplyv vypnutia napájacieho napätia na tepelné podmienky pece, tyristorové napájacie zdroje zvyčajne poskytujú negatívnu spätnú väzbu na výstupné napätie. Tyristorové zdroje majú vysokú účinnosť (až 98%). Účiník závisí lineárne od hĺbky regulácie výstupného napätia, pri uhle  menšom ako 0 - až M = 1, pri  = 180 až M = 0. Účiník je určený nielen fázovým posunom napätia. a prvej harmonickej prúdu, ale aj o hodnotu vyšších harmonických prúdu . Preto použitie kompenzačných kondenzátorov neumožňuje žiadne výrazné zvýšenie M.

Pri druhom spôsobe sa zmení napätie na ohrievači, čím sa prepne na silové obvody pece. Zvyčajne existujú 2-3 stupne možného napätia a výkonu ohrievača. Najbežnejší spôsob dvojpolohového krokového riadenia. Podľa tejto metódy je pec buď pripojená k sieti pri svojom menovitom výkone, alebo úplne odpojená od siete. Požadovanú hodnotu priemerného príkonu do pece zabezpečujeme zmenou pomeru času zapnutého a vypnutého stavu.

Priemerná teplota v peci zodpovedá priemernému príkonu do pece. Náhle zmeny okamžitého výkonu majú za následok kolísanie teploty okolo priemernej úrovne. Veľkosť týchto kmitov je určená veľkosťou odchýlok P MGNOV od priemernej hodnoty a veľkosťou tepelnej zotrvačnosti pece. Vo väčšine všeobecných priemyselných pecí je veľkosť tepelnej zotrvačnosti taká veľká, že kolísanie teploty v dôsledku stupňovitej regulácie neprekračuje požadovanú presnosť udržiavania teploty. Konštrukčne môže byť ovládanie zapnuté-vypnuté buď pomocou bežného stýkača alebo tyristorového spínača. Tyristorový spínač obsahuje protiparalelu s
pripojené tyristory pracujúce s=0.

Ak je nízkoprúdový kontakt S otvorený, riadiaci obvod VS1, VS2 je prerušený, tyristory sú zatvorené a napätie na záťaži je nulové. Ak je S uzavretý, vytvárajú sa obvody pre tok riadiacich prúdov. Katóda je kladná, anóda VS1 záporná. V tomto prípade riadiaci prúd preteká obvodovou katódou VS1 – VD1 – R – S – riadiacou elektródou VS2 – katódou VS2. VS2 sa zapína a vedie elektrický prúd počas celého polcyklu. V ďalšom polcykle sa podobne zapne VS1.

S
Existujú aj trojfázové spínače. Používajú dva paralelne zapojené bloky back-to-back tyristorov. Výkonové obvody takýchto spínačov sú konštruované podľa nasledujúcej schémy:

Existujú úpravy tyristorových spínačov, ktoré vôbec nepoužívajú kontakty.

Tyristorové spínače sú spoľahlivejšie ako stykače, sú odolné voči iskreniu a výbuchu, majú tichú prevádzku a sú o niečo drahšie.

Kroková regulácia má účinnosť blízku 1, až M 1.

V. Krylov

V súčasnosti sú tyristory široko používané v rôzne zariadenia automatické ovládanie, alarm a ovládanie. Tyristor je riadená polovodičová dióda, ktorá sa vyznačuje dvoma stabilnými stavmi: otvorený, keď je priamy odpor tyristora veľmi malý a prúd v jeho obvode závisí najmä od napätia zdroja a odporu záťaže, a zatvorený. , kedy je jeho priamy odpor vysoký a prúd je niekoľko miliampérov .

Na obr. Obrázok 1 znázorňuje typickú prúdovo-napäťovú charakteristiku tyristora, kde sekcia O A zodpovedá uzavretému stavu tyristora a sekcia BB zodpovedá otvorenému stavu.

Pri záporných napätiach sa tyristor správa ako bežná dióda (oddiel OD).

Ak zvýšite dopredné napätie na uzavretom tyristore s prúdom riadiacej elektródy rovným nule, potom pri dosiahnutí hodnoty Uon sa tyristor otvorí. Toto spínanie tyrostora sa nazýva spínanie pozdĺž anódy. Činnosť tyristora je v tomto prípade podobná činnosti neriadenej polovodičovej štvorvrstvovej diódy - dinistora.

Prítomnosť riadiacej elektródy umožňuje otvorenie tyristora pri anódovom napätí menšom ako Uon. Na tento účel je potrebné prejsť riadiacim prúdom Iу obvodom riadiacej elektródy a katódy. Prúdová charakteristika tyristora pre tento prípad je znázornená na obr. 1 bodkovaná čiara. Minimálny riadiaci prúd potrebný na otvorenie tyristora sa nazýva usmerňovací prúd Irev. Usmerňovací prúd je veľmi závislý od teploty. V referenčných knihách sa uvádza pri určitom anódovom napätí. Ak počas činnosti riadiaceho prúdu prekročí anódový prúd hodnotu vypínacieho prúdu Ioff, potom zostane tyristor otvorený aj po skončení riadiaceho prúdu; ak sa tak nestane, tyristor sa opäť uzavrie.

Ak je napätie na anóde tyristora záporné, nie je dovolené privádzať napätie na jeho riadiacu elektródu. Záporné napätie (vzhľadom na katódu), pri ktorom spätný prúd riadiacej elektródy presahuje niekoľko miliampérov, je tiež neprijateľné.

Otvorený tyristor je možné prepnúť do uzavretého stavu iba znížením jeho anódového prúdu na hodnotu menšiu ako Ioff. V zariadeniach na jednosmerný prúd sa na tento účel používajú špeciálne zhášacie obvody a v obvode striedavého prúdu sa tyristor zatvára nezávisle v okamihu, keď hodnota anódového prúdu prechádza nulou.

To je dôvod pre najširšie využitie tyristorov v obvodoch striedavého prúdu. Všetky nižšie uvedené obvody sa týkajú iba tyristorov pripojených k obvodu striedavého prúdu.

Na zabezpečenie spoľahlivej prevádzky tyristora musí zdroj riadiaceho napätia spĺňať určité požiadavky. Na obr. 2 je znázornený ekvivalentný obvod zdroja riadiaceho napätia a obr. 3 - graf, pomocou ktorého môžete určiť požiadavky na jeho líniu zaťaženia.

Na grafe čiary A a B ohraničujú pásmo šírenia vstupných prúdovo-napäťových charakteristík tyristora, ktoré predstavujú závislosť napätia na riadiacej elektróde Uу od prúdu tejto elektródy Iу pri otvorenom anódovom obvode. Direct B určuje minimálne napätie Uу, pri ktorom sa otvára ktorýkoľvek tyristor daného typu pri minimálnej teplote. Direct Г určuje minimálny prúd Iу dostatočný na otvorenie akéhokoľvek tyristora daného typu pri minimálnej teplote. Každý špecifický tyristor sa otvára v určitom bode svojej vstupnej charakteristiky. Vytieňovaná oblasť je geometrické umiestnenie takýchto bodov pre všetky tyristory daného typu, ktoré vyhovujú Technické špecifikácie. Priame čiary D a E určujú maximálne prípustné hodnoty napätia Uy a prúdu Iy a krivka K - maximálna prípustná hodnota výkonu rozptýleného na riadiacej elektróde. Záťažová čiara L zdroja riadiaceho signálu je vedená cez body, ktoré určujú napätie nečinný pohyb zdroj Eу.хх a jeho skratový prúd Iу.кз = Eу.хх/Rinternal, kde Rinternal je vnútorný odpor zdroja. Priesečník S záťažovej priamky L so vstupnou charakteristikou (krivka M) zvoleného tyristora by sa mal nachádzať v oblasti ležiacej medzi zatienenou plochou a čiarami A, D, K, E a B.

Táto oblasť sa nazýva preferovaná oblasť otvorenia. Vodorovná priamka H určuje najvyššie napätie na riadiacom prechode, pri ktorom sa pri maximálnej prípustnej teplote neotvorí ani jeden tyristor tohto typu. Táto hodnota, desatiny voltu, teda určuje maximálnu prípustnú amplitúdu rušivého napätia v tyristorovom riadiacom obvode.

Po otvorení tyristora riadiaci obvod neovplyvňuje jeho stav, preto je možné tyristor ovládať impulzmi krátkeho trvania (desiatky alebo stovky mikrosekúnd), čo zjednodušuje riadiace obvody a znižuje výkon rozptýlený na riadiacej elektróde. Trvanie impulzu však musí byť dostatočné na zvýšenie anódového prúdu na hodnotu presahujúcu vypínací prúd Ioff pre rôzne typy záťaže a prevádzkový režim tyristora.

Porovnateľná jednoduchosť ovládacích zariadení pri prevádzke tyristorov v obvodoch striedavého prúdu viedla k širokému použitiu týchto zariadení ako ovládacích prvkov v zariadeniach na stabilizáciu a reguláciu napätia. Priemerná hodnota napätia záťaže sa reguluje zmenou momentu napájania (to znamená fázy) riadiaceho signálu vzhľadom na začiatok polcyklu napájacieho napätia. Frekvencia opakovania riadiacich impulzov v takýchto obvodoch musí byť synchronizovaná s frekvenciou siete.

Existuje niekoľko spôsobov riadenia tyristorov, z ktorých je potrebné poznamenať amplitúdu, fázu a fázový impulz.

Metóda riadenia amplitúdy spočíva v privedení kladného napätia, ktorého hodnota sa mení, na riadiacu elektródu tyristora. Tyristor sa otvorí v momente, keď toto napätie postačuje na to, aby cez riadiaci uzol pretekal usmerňovací prúd. Zmenou napätia na riadiacej elektróde môžete zmeniť otvárací moment tyristora. Najjednoduchšia schéma Regulátor napätia postavený na tomto princípe je znázornený na obr. 4.

Ako riadiace napätie sa tu využíva časť anódového napätia tyristora, teda napätie kladného polcyklu siete. Rezistor R2 mení otvárací moment tyristora D1 a následne aj priemerné napätie na záťaži. Keď je rezistor R2 úplne zasunutý, napätie na záťaži je minimálne. Dióda D2 chráni riadiaci prechod tyristora pred spätným napätím. Je potrebné poznamenať, že riadiaci obvod nie je pripojený priamo k sieti, ale paralelne s tyristorom. Deje sa tak tak, že otvorený tyristor prepne riadiaci obvod, čím sa zabráni zbytočnému rozptylu energie na jeho prvkoch.

Hlavnými nevýhodami predmetného zariadenia sú silná závislosť záťažového napätia od teploty a potreba individuálneho výberu rezistorov pre každú inštanciu tyristora. Prvý sa vysvetľuje teplotnou závislosťou tyristorového usmerňovacieho prúdu, druhý ich veľkým rozptylom vstupné charakteristiky. Okrem toho je zariadenie schopné nastaviť otvárací moment tyristora iba počas prvej polovice kladného polcyklu sieťového napätia.

Riadiace zariadenie, ktorého schéma je znázornená na obr. 5, umožňuje rozšíriť rozsah ovládania na 180° a zahrnutie tyristora do uhlopriečky usmerňovacieho mostíka umožňuje regulovať napätie na záťaži počas oboch polcyklov sieťového napätia.

Kondenzátor C1 sa cez odpory R1 a R2 nabíja na napätie, pri ktorom cez riadiaci prechod tyristora preteká prúd rovný usmerňovaciemu prúdu. V tomto prípade sa tyristor otvorí a prechádza prúdom cez záťaž. Vďaka prítomnosti kondenzátora je napätie záťaže menej závislé od kolísania teploty, no napriek tomu má toto zariadenie aj rovnaké nevýhody.

Pri fázovom spôsobe riadenia tyristorov pomocou mostíka fázového posunu sa mení fáza riadiaceho napätia voči napätiu na anóde tyristora. Na obr. Obrázok 6 znázorňuje schému polvlnového regulátora napätia, v ktorom sa zmena napätia na záťaži uskutočňuje odporom R2, pripojeným k jednému z ramien mostíka, z ktorého uhlopriečky je napätie privádzané do riadiaci prechod tyristora.

Napätie na každej polovici riadiaceho vinutia III by malo byť približne 10 V. Zvyšné parametre transformátora sú určené napätím a výkonom záťaže. Hlavnou nevýhodou metódy fázového riadenia je nízky sklon riadiaceho napätia, preto je stabilita otváracieho momentu tyristora nízka.

Fázovo-pulzný spôsob ovládania tyristorov sa od predchádzajúceho líši tým, že na zvýšenie presnosti a stability otváracieho momentu tyristora sa na jeho riadiacu elektródu privádza napäťový impulz so strmou hranou. Táto metóda je v súčasnosti najrozšírenejšia. Schémy implementujúce túto metódu sú veľmi rôznorodé.

Na obr. 7 je znázornená schéma jedného z najviac jednoduché zariadenia pomocou fázovo-pulznej metódy tyristorového riadenia.

Pri kladnom napätí na anóde tyristora D3 sa kondenzátor C1 nabíja cez diódu D1 a premenlivý odpor R1. Keď napätie na kondenzátore dosiahne zapínacie napätie dinistora D2, ten sa otvorí a kondenzátor sa vybije cez riadiaci prechod tyristora. Tento impulz výbojového prúdu otvorí tyristor D3 a prúd začne pretekať cez záťaž. Zmenou nabíjacieho prúdu kondenzátora pomocou odporu R1 môžete zmeniť otvárací moment tyristora v rámci polcyklu sieťového napätia. Rezistor R2 zabraňuje samovoľnému otvoreniu tyristora D3 v dôsledku zvodových prúdov pri zvýšených teplotách. Podľa technických podmienok, keď tyristory pracujú v pohotovostnom režime, je inštalácia tohto odporu povinná. Na obr. 7, obvod nenašiel široké uplatnenie kvôli veľkému rozptylu v zapínacom napätí dinistora, dosahujúceho až 200% a značnej závislosti zapínacieho napätia od teploty.

Jednou z odrôd fázovo-pulznej metódy riadenia tyristorov je takzvané vertikálne riadenie, ktoré je v súčasnosti najrozšírenejšie. Spočíva v tom, že na vstupe generátora impulzov sa porovnáva (obr. 8) konštantné napätie (1) a napätie s premenlivou veľkosťou (2). V momente rovnosti týchto napätí je generovaný tyristorový riadiaci impulz (3). Premenlivé napätie môže mať sínusový, trojuholníkový alebo pílovitý tvar (ako je znázornené na obr. 8).

Ako je zrejmé z obrázku, zmena okamihu výskytu riadiaceho impulzu, to znamená posunutie jeho fázy, sa môže uskutočniť tromi rôznymi spôsobmi:

zmena rýchlosti nárastu striedavého napätia (2a),

zmena jeho počiatočnej úrovne (2b) a

zmena hodnoty konštantného napätia (1a).

Na obr. Obrázok 9 zobrazuje blokovú schému zariadenia, ktoré implementuje vertikálny spôsob riadenia tyristorov.

Ako každé iné zariadenie na riadenie fázových impulzov pozostáva zo zariadenia na fázový posun FSU a generátora impulzov GI. Zariadenie na fázový posun zase obsahuje vstupné zariadenie VU, ktoré vníma riadiace napätie Uu, generátor striedavého (veľkosti) napätia GPG a porovnávacie zariadenie SU. Ako tieto prvky možno použiť rôzne zariadenia.

Na obr. Obrázok 10 zobrazuje schematický diagram tyristorového riadiaceho zariadenia (D5) zapojeného do série s mostíkovým usmerňovačom (D1 - D4).

Zariadenie pozostáva z generátora pílovitého napätia s tranzistorovým spínačom (T1), Schmittovým spínačom (T2, T3) a zosilňovačom výstupného spínača (T4). Pod vplyvom napätia odstráneného zo synchronizačného vinutia III transformátora Tr1 je tranzistor T1 uzavretý. V tomto prípade sa kondenzátor C1 nabíja cez odpory R3 a R4. Napätie na kondenzátore sa zvyšuje po exponenciálnej krivke, ktorej počiatočný úsek možno s určitou aproximáciou považovať za lineárny (2, pozri obr. 8).

V tomto prípade je tranzistor T2 zatvorený a T3 otvorený. Emitorový prúd tranzistora T3 vytvára úbytok napätia na rezistore R6, ktorý určuje úroveň činnosti Schmittovej spúšte (1 na obr. 8). Súčet napätí na rezistore R6 a otvorenom tranzistore T3 je menší ako napätie na zenerovej dióde D10, takže tranzistor T4 je uzavretý. Keď napätie na kondenzátore C1 dosiahne Schmittovu spúšťaciu úroveň, tranzistor T2 sa otvorí a T3 sa zatvorí. Súčasne sa otvorí tranzistor T4 a na rezistore R10 sa objaví napäťový impulz, ktorý otvorí tyristor D5 (impulz 3 na obr. 8). Na konci každého polcyklu sieťového napätia sa tranzistor T1 otvorí prúdom pretekajúcim cez odpor R2. V tomto prípade sa kondenzátor C1 vybije takmer na nulu a riadiace zariadenie sa vráti do pôvodného stavu. Tyristor sa uzavrie v momente, keď amplitúda anódového prúdu prejde nulou. Na začiatku ďalšieho polcyklu sa prevádzkový cyklus zariadenia opakuje.

Zmenou odporu odporu R3 môžete zmeniť nabíjací prúd kondenzátora C1, to znamená rýchlosť nárastu napätia na ňom, a teda moment, keď sa objaví impulz, ktorý otvára tyristor. Nahradením odporu R3 tranzistorom môžete automaticky regulovať napätie na záťaži. Toto zariadenie teda využíva prvý z vyššie uvedených spôsobov posunu fázy riadiacich impulzov.

Malá zmena v obvode znázornenom na obr. 11 vám umožňuje získať reguláciu pomocou druhej metódy. V tomto prípade sa kondenzátor C1 nabíja cez konštantný odpor R4 a rýchlosť nárastu pílovitého napätia je vo všetkých prípadoch rovnaká. Keď sa však tranzistor T1 otvorí, kondenzátor sa nevybije na nulu, ako v predchádzajúcom zariadení, ale na riadiace napätie Uу.
V dôsledku toho sa nabíjanie kondenzátora v nasledujúcom cykle začne od tejto úrovne. Zmenou napätia Uу sa upraví otvárací moment tyristora. Dióda D11 odpojí zdroj riadiaceho napätia od kondenzátora počas jeho nabíjania.

Koncový stupeň na tranzistore T4 poskytuje potrebný prúdový zisk. Použitím impulzného transformátora ako záťaže je možné súčasne ovládať niekoľko tyristorov.

V uvažovaných riadiacich zariadeniach je napätie privedené na riadiaci prechod tyristora po dobu od okamihu rovnosti priameho a pílového napätia do konca polcyklu sieťového napätia, to znamená do moment vybitia kondenzátora C1. Trvanie riadiaceho impulzu je možné skrátiť zapnutím diferenciačného obvodu na vstupe prúdového zosilňovača, vytvoreného na tranzistore T4 (pozri obr. 10).

Jedným z variantov vertikálneho spôsobu riadenia tyristorov je pulzno-číslicová metóda. Jeho zvláštnosťou je, že na riadiacu elektródu tyristora nie je aplikovaný jeden impulz, ale balík krátkych impulzov. Trvanie impulzu sa rovná trvaniu riadiaceho impulzu znázorneného na obr. 8.

Frekvencia opakovania impulzov v zhluku je určená parametrami generátora impulzov. Impulzno-číslicová regulácia zaisťuje spoľahlivé otvorenie tyristora pre akýkoľvek typ záťaže a umožňuje znížiť stratový výkon na riadiacom prechode tyristora. Okrem toho, ak je na výstupe zariadenia zahrnutý impulzný transformátor, je možné zmenšiť jeho veľkosť a zjednodušiť dizajn.

Na obr. Obrázok 12 znázorňuje schému riadiaceho zariadenia využívajúce metódu pulzného čísla.

Ako porovnávacia jednotka a generátor impulzov je tu použitý vyvážený diódovo-regeneračný komparátor, pozostávajúci z porovnávacieho obvodu na diódach D10, D11 a samotného blokovacieho generátora, zostaveného na tranzistore T2. Diódy D10, D11 riadia činnosť spätnoväzbového obvodu blokovacieho generátora.

Rovnako ako v predchádzajúcich prípadoch, keď je tranzistor T1 zatvorený, kondenzátor C1 sa začne nabíjať cez odpor R3. Dióda D11 je otvorená napätím Uu a dióda D10 je zatvorená. Obvod IIa vinutia kladnej spätnej väzby blokovacieho generátora je teda otvorený a obvod vinutia IIb zápornej spätnej väzby je uzavretý a tranzistor T2 je uzavretý. Keď napätie na kondenzátore C1 dosiahne napätie Uy, dióda D11 sa zatvorí a D10 sa otvorí. Obvod pozitívnej spätnej väzby sa uzavrie a blokovací generátor začne generovať impulzy, ktoré budú posielané z vinutia I transformátora Tr2 do riadiaceho prechodu tyristora. Generovanie impulzov bude pokračovať až do konca polcyklu sieťového napätia, kedy sa tranzistor T1 otvorí a kondenzátor C1 sa vybije. Dióda D10 sa zatvorí a D11 sa otvorí, proces blokovania sa zastaví a zariadenie sa vráti do pôvodného stavu. Zmenou riadiaceho napätia Uу môžete zmeniť okamih začiatku generovania vzhľadom na začiatok polcyklu a tým aj okamih otvorenia tyristora. V tomto prípade sa teda používa tretí spôsob posunutia fázy riadiacich impulzov.

Použitie vyváženého obvodu porovnávacej jednotky zabezpečuje teplotnú stabilitu jej prevádzky. Silikónové diódy D10 a D11 s nízkym spätným prúdom umožňujú získať vysoký vstupný odpor porovnávacej jednotky (asi 1 MΩ). Preto nemá prakticky žiadny vplyv na proces nabíjania kondenzátora C1. Citlivosť jednotky je veľmi vysoká a dosahuje niekoľko milivoltov. Rezistory R6, R8, R9 a kondenzátor C3 určujú teplotnú stabilitu pracovného bodu tranzistora T2. Rezistor R7 slúži na obmedzenie kolektorového prúdu tohto tranzistora a zlepšenie tvaru impulzu blokovacieho oscilátora. Dióda D13 obmedzuje napäťový ráz na kolektorovom vinutí III transformátora Tr2, ku ktorému dochádza pri vypnutí tranzistora. Pulzný transformátor Tr2 môže byť vyrobený na 1000NN feritovom krúžku štandardnej veľkosti K15X6X4,5. Každé vinutie I a III obsahuje 75 a vinutia II a a IIb obsahujú 50 závitov drôtu PEV-2 0,1.

Nevýhodou tohto ovládacieho zariadenia je, že je relatívne nízka frekvencia frekvencia opakovania pulzu (približne 2 kHz s trvaním pulzu 15 μs). Frekvenciu môžete zvýšiť napríklad znížením odporu rezistora R4, cez ktorý sa vybíja kondenzátor C2, no zároveň sa trochu zhorší teplotná stabilita citlivosti porovnávacej jednotky.

Impulzno-číslicovú metódu riadenia tyristorov je možné použiť aj vo vyššie diskutovaných zariadeniach (obr. 10 a 11), pretože pri určitom výbere menovitých hodnôt prvkov (C1, R4-R10, pozri obr. 10) sa Schmitt spustí, keď napätie na kondenzátore C1 presahuje úroveň Pri spustení spúšťača negeneruje jeden impulz, ale sekvenciu impulzov. Ich trvanie a frekvencia sú určené parametrami a režimom spúšťania. Toto zariadenie sa nazýva „multivibrátor so spúšťačom výboja“.

Na záver je potrebné poznamenať, že výrazné zjednodušenie obvodu tyristorových riadiacich zariadení pri zachovaní vysokej ukazovatele kvality možno dosiahnuť pomocou unijunkčných tranzistorov.

Existujú 2 zásadne odlišné prístupy k regulácii výkonu:

1) Nepretržité ovládanie, pri ktorej je možné do pece zaviesť akýkoľvek požadovaný výkon.

2) Kroková regulácia, pri ktorej je možné do pece zaviesť iba diskrétny rad výkonov.

Prvý vyžaduje hladkú reguláciu napätia na ohrievačoch. Takáto regulácia môže byť vykonaná pomocou akéhokoľvek typu výkonových zosilňovačov (generátor, tyristorový usmerňovač, EMU). V praxi sú najbežnejšie tyristorové zdroje postavené podľa obvodu TRN. Takéto regulátory sú založené na vlastnostiach tyristora zapojeného do obvodu striedavého prúdu v sérii s aktívnym odporom ohrievača. Tyristorové napájacie zdroje obsahujú spätne paralelne zapojené tyristory vybavené SIFU.

Pri druhom spôsobe sa zmení napätie na ohrievači, čím sa prepne na silové obvody pece. Zvyčajne existujú 2-3 stupne možného napätia a výkonu ohrievača. Najbežnejší spôsob dvojpolohového krokového riadenia. Podľa tejto metódy je pec buď pripojená k sieti pri svojom menovitom výkone, alebo úplne odpojená od siete. Požadovanú hodnotu priemerného príkonu do pece zabezpečujeme zmenou pomeru času zapnutého a vypnutého stavu.

Priemerná teplota v peci zodpovedá priemernému príkonu do pece. Náhle zmeny okamžitého výkonu majú za následok kolísanie teploty okolo priemernej úrovne. Veľkosť týchto kmitov je určená veľkosťou odchýlok P MGNOV od priemernej hodnoty a veľkosťou tepelnej zotrvačnosti pece. Vo väčšine všeobecných priemyselných pecí je veľkosť tepelnej zotrvačnosti taká veľká, že kolísanie teploty v dôsledku stupňovitej regulácie neprekračuje požadovanú presnosť udržiavania teploty. Konštrukčne môže byť ovládanie zapnuté-vypnuté buď pomocou bežného stýkača alebo tyristorového spínača. Tyristorový spínač obsahuje back-to-back

Existujú úpravy tyristorových spínačov, ktoré vôbec nepoužívajú kontakty.

Tyristorové spínače sú spoľahlivejšie ako stykače, sú odolné voči iskreniu a výbuchu, majú tichú prevádzku a sú o niečo drahšie.

Kroková regulácia má účinnosť blízku 1, až M »1.