Тиристорные коммутаторы постоянного тока

Тиристорным коммутатором ( ТКМ ) называют устройство на тиристорах, предна

значенное для коммутации только одного полюса ( разрыва ). Тиристорный коммутатор подобен электромагнитному контактору с одним замыкающим контактом.

Тиристорный коммутатор постоянного тока изображен на рис. 221.

Рис. 221. Тиристорный коммутатор ( ключ ) постоянного тока

К основным элементам схемы ТКМ относятся:

R - резистор нагрузки;

VD – разрядный диод; применяется только в случае, если в качестве нагрузки используется индуктивность, например, катушка электромагнитного реле или контактора;

VS – тиристор;

R – резистор в цепи управления тиристором, служит для получения небольшого ( десятки – сотни миллиампер ) тока управления тиристором;

С – коммутирующий конденсатор, для запирания тиристора при отключении коммутатора;

SВ1 – кнопка «Включено»;

SB2 - кнопка «Отключено».

Описание схемы

Для подготовки схемы к работе подают питание на вход схемы.

В исходном состоянии тиристор VS закрыт, поэтому ни в одной из цепей ток не протекает.

Для включения коммутатора нажимают кнопку SВ1 «Включено».

Через контакт этой кнопки образуется цепь тока управления тиристором:

«плюс» - резистор R – контакт SВ1 – управляющий электрод VS – катод VS – «минус».

Тиристор открывается и превращается в диод. Через него протекает анодный ток по цепи:

«плюс» - резистор R – анод VS – катод VS – «минус».

После этого кнопку SВ1 «Включено» можно отпустить

Кроме анодного, через тиристор потечёт зарядный ток конденсатора С :

«плюс» - резистор R – конденсатор С – управляющий электрод VS – катод VS – «минус».

Конденсатор практически мгновенно заряжается до напряжения сети с полярно-

стью: «плюс» на правой пластине, «минус» на левой.

Важно отметить, что падение напряжения на открытом тиристоре – не более 1,0 В, остальная часть напряжения сети приложена к резистору нагрузки R . Полярность паде-

ния напряжения на тиристоре: «плюс» на аноде ( сверху VT ), «минус» на катоде ( снизу VS ).

Для отключения коммутатора нажимают кнопку SB2 «Отключено».

Через контакт этой кнопки конденсатор С с напряжением сети подключается па-

раллельно тиристору. При этом полярность напряжения на пластинах конденсатора – об-

ратная для тиристора: «плюс» с правой пластины конденсатора приложен к катоду, а минус» с левой пластины – к аноду.

Тиристор запирается, ток через него перестаёт протекать.

После запирания тиристора конденсатор С разряжается до нуля через резисторы R и R по цепи:

«плюс» на правой пластине С – резистор R – резистор R - «минус» на левой пластине С.

Схема возвращается в исходное состояние.

Разрядный диод VD применяется в случае, если в качестве нагрузки используется индуктивность, например, катушка реле или контактора.

Если этот диод отсутствует, то при запирании тиристора практически мгновенно убывающий ток в катушке индуктирует в ней ЭДС самоиндукции Е = - L dI / dt, которая в десятки раз больше напряжения питающей сети. При этом возможен пробой изоляции витков катушки.

Кроме того, в цепях с транзисторами отсутствие диода, включенного параллельно катушке реле, приводит к пробою эмиттерного перехода транзистора, т.к. к этому перехо-

ду приложено обратное напряжение, равное сумме напряжения источника и ЭДС самоиндукции.

Полярность ЭДС, на основании правила Ленца, такая: «плюс» на нижнем выводе катушки ( на схеме - на нижнем выводе R , «минус» - на верхнем ).

Если этот диод есть, , то при запирании тиристора под действием ЭДС самоиндук

ции образуется цепь разрядного тока:

«плюс» на нижнем выводе катушки – VD - «минус» - на верхнем выводе.

Этот разрядный ток протекает через катушку в таком же направлении, что и рабо-

чий, т.е. сверху вниз и тем самым поддерживает убывающий рабочий ток.

В результате время «dt» cпадания тока катушки до нуля значительно увеличивает-

ся, что приводит к уменьшению ЭДС самоиндукции до безопасных для катушки значений.

На практике обычно говорят: разрядный диод VD защищает катушку реле ( контак

тора ) от перенапряжений.