ТИРИСТОРНЫЕ УСТРОЙСТВА

       

УСТРОЙСТВА ДЛЯ КОММУТАЦИИ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКОВ


УСТРОЙСТВА ДЛЯ КОММУТАЦИИ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКОВ

 

12. Общие замечания

В предыдущих главах было показано, что динисторы и тринисторы имеют два устойчивых электрических состояния (закрытое и открытое), управ­ляются маломощным сигналом, обладают относительно высоким быстродейст­вием и могут пропускать значительные нагрузочные токи. Эти свойства прибо­ров открывают новые возможности в построении простых, надежных бескон­тактных выключателей (реле), и поэтому они с успехом используются в ком­мутационных устройствах, с помощью которых осуществляются операции вклю­чения, отключения, а также переключения электрических цепей постоянного и переменного токов.

Кроме того, обладая малым сопротивлением в открытом состоянии и весь­ма большим — в закрытом, полупроводниковые приборы с четырехслойной струк­турой хорошо удовлетворяют требованиям, предъявляемым к переключающим элементам. Из-за небольшого падения напряжения на открытых приборах по­следние выгодно применять в электрических цепях с относительно низким на­пряжением и большим током.

Созданные на основе диодных и триодных тиристоров статические бескон­тактные выключатели успешно конкурируют с механическими и электромехани­ческими аналогами. Причем преимущества тиристорных устройств особенно за­метны при многократных переключениях, поскольку они не имеют изнашива­ющихся контактов в сильноточных цепях, а следовательно, в них отсутствуют явления дребезга, подгорания и залипания контактов.

Переключатели на тринисторах практически выполняют любые функции обычных выключателей, однако в дополнение к простому действию «включе­но», «выключено» эти устройства могут использоваться как реле времени, им­пульсные выключатели, выключатели быстродействующей защиты электрических Цепей от перенапряжений и коротких замыканий и т. д.

При конструировании и использовании тиристорных выключателей (пере­ключателей) следует иметь в виду, что в закрытом состоянии полупроводни­ковые приборы с четырехслойной структурой не обеспечивают полной развяз­ки (изоляции) источника питания и нагрузки, как это имеет место, например, при использовании механических выключателей.
Степень развязки определяется током прибора в закрытом состоянии, и тем она выше, чем меньше значение этого тока.

В настоящей главе дается описание устройств, в которых динисторы и три-нисторы используются для замыкания или полного размыкания электрической цепи. (Устройства, в которых с помощью тринисторов регулируется среднее значение напряжения или мощности на нагрузке, рассматриваются в гл. 6.)

Длительное пребывание коммутирующих устройств в режимах «Выключе­но» и «Включено» обеспечивается соответствующим режимом работы тиристо­ров. В режиме «Выключено» напряжения источника питания постоянного или переменного тока выбираются так, чтобы обеспечивалось выполнение условия (2). В режиме «Включено» должны выполняться условия (5). Токи, протека­ющие через открытые приборы, рассчитываются по формуле (4).

Напряжения источников питания постоянного тока рассматриваемых уст­ройств, как правило, не критичны, и их целесообразно выбирать примерно в пределах 9 ... 30 В. Напряжения питания устройств переменного тока определя­ются их назначением и могут доходить до 220 В. При этом следует иметь в виду, что многие устройства, работающие на переменном токе, схемы которых рассматриваются в дальнейшем, питаются непосредственно от сети напряжени­ем 127 или 220 В без разделительных трансформаторов. Детали таких устройств гальванически связаны с сетью переменного тока; поэтому при их налаживании и эксплуатации необходимо соблюдать повышенные меры безопасности. Любая перепайка или замена элементов должна производиться при полностью отклю­ченном устройстве от сети питания. Детали устройств следует размещать в ко­жухах (корпусах) из изоляционного материала, а на оси переменных резисто­ров обязательно должны быть надеты изолирующие ручки. Во входной цепк питания необходимо устанавливать плавкие предохранители.

 

13. Выключатели и переключатели постоянного тока

Специфической особенностью всех устройств, работающих на посто янном токе и использующих выключатели (переключатели) на динисторах или тринисторах, является наличие специальных элементов (цепей), предназначен­ных для закрывания этих приборов.





Простая схема выключателя, который управляется обычными контактными кнопками, приведена на рис. 17. В исходном состоянии (после подачи напря­жения источника питания Uпит) тринистор VS1 закрыт, цепь питания нагруз­ки Rн разомкнута, а конденсатор С1 заряжен приблизительно до напряжения Uпит (полярность напряжения на конденсаторе указана на схеме). Подключение нагрузки к источнику питания осуществляется кратковременным нажатием кнопки Si; при этом конденсатор Ci разряжается через резистор Rz и цепь уп­равляющего электрода тринистора и открывает его. Нагрузка Rs подключает­ся к источнику питания. Отключение нагрузки происходит при нажатии кноп­ки $2, контакты которой замыкают накоротко выводы анод-катод тринисто­ра, его анодный так становится равным нулю, и прибор закрывается. В момент отпускания кнопки 52 нагрузка отключается от источника питания. Полезно от­метить, что дребезг контактов кнопки Si не отражается по форме фронта ком­мутируемого напряжения, подаваемого на нагрузку.



Рис. 17. Схема выключателя по­стоянного тока с кнопочным уп­равлением



Рис. 18. Схема выключателя, управляемо­го одной кнопкой

Элементы схемы выключателя выбираются из следующих условий:

R3<<RУтс ; C1>tу.вкл/3R2,

где Rут с — сопротивление утечки конденсатора C1; tу.Вкл — время включения трлнистора по управляющему электроду.

Сопротивление R2 рассчитывается по формуле (8), а тринистор выбирает­ся из условий (2) и (5)., Сопротивление резистора Ri выбирается в пределах 50... 1000 Ом, в зависимости от мощности тринистора.

Коммутирующее устройство (рис. 18) представляет собой комбинацию три-нистора и реле и позволяет производить переключения цепи нагрузки, подсое­диненной к контактам 7 — 9 реле, кратковременным нажатием одной и той же кнопки.

В исходном состоянии тринистор VS1 закрыт и обмотка реле K1 обесточе­на. При нажатии кнопки S1 на управляющий электрод тринистора через нор­мально замкнутые контакты реле 1 — 2, 4 — 5 и ограничивающий резистор R2 подается напряжение источника питания и прибор открывается.


Через эти же две пары контактов обмотка реле шунтируется цепью, состоящей из резистора R1 и диода VD1. Пока кнопка нажата, анодный ток тринистора проходит по параллельной цепи, одна ветвь которой — обмотка реле, а вторая — резистор R1 и диод VD1. Сопротивление резистора Ri выбирается так, чтобы проходя­щий через обмотку ток был меньше тока срабатывания реле. Как только кноп­ку отпускают, шунтирующая цепь отключается и реле срабатывает: замыкают­ся контакты 1 — 3, 4 — 6, 7 — 9. В таком состоянии устройство остается, пока пов­торно не будет нажата кнопка S1. Теперь при ее нажатии выводы анод — катод тринистора замыкаются накоротко и прибор закрывается. Однако, пока нажата кнопка, ток от источника UПИТ проходит через обмотку реле, резистор R3 и замкнутые контакты 1 — 3 и 4 — 6 и реле остается включенным. Оно отключится при отпускании кнопки, и все устройство возвратится в исходное состояние: контакты 1 — 3, 4 — 6 и 7 — 9 вновь разомкнутся.

Сопротивление ограничивающего резистора R2 определяется по формуле (8). Значение максимального тока обмотки реле IР max должно удовлетворять ус­ловию (5). Чтобы ток через обмотку реле при данном напряжении источника литания {7ПИТ не превысил допустимого для выбранного типа реле значения

IP max, устанавливается (если необходимо) резистор Ra, сопротивление кото-рого рассчитывается ло формуле



где rр — сопротивление обмотки реле.

Сопротивление шунтирующего резистора Rl может быть вычислено из со­отношения



где Iр min — минимальный ток срабатывания реле.

Диод VD1 устраняет непосредственную связь управляющего электрода три­нистора с источником питания. Диод VD2 и конденсатор Ct шунтируют экст-ратоки обмотки реле при переключениях.

На рис. 19 приведена схема устройства, выполняющего функции дверного кодового замка, которая иллюстрирует многочисленные возможности практиче­ского использования выключателей на тринисторах с кнопочным управлением.

Основу замка составляет переключатель на трех тринисторах VSi — VSj, соединенных последовательно.


В анодную цепь тринистора VS3 включена об­мотка электромагнита YA1, сердечник которого служит запором для двери. Це­почка последовательно соединенных тринисторов может быть переключена в проводящее состояние только при отпирании каждого из них в определенной последовательности: первым должен быть открыт тринистор VSi, вторым — VS2 и, наконец, — VSз.



Рис. 19. Схема кодового замка

Открываются тринисторы с помощью кнопок. Управляющие электроды три­нисторов могут быть подсоединены к контактам любых трех кнопок So — S» пульта, установленного на стене с наружной стороны двери. При показанном на схеме соединении управляющих электродов тринисторов с кнопками кодом замка является число 430, и поэтому первой должна быть нажата кнопка Si, затем — кнопка S3 и последней — кнопка So. Сопротивления резисторов Ri и R2 обеспечивают выполнение условия (3), поэтому после включения тринисторов VS1 и VS2 при кратковременном нажатии кнопок S1 и S3 соответственно эти приборы остаются в проводящем состоянии. После нажатия кнопки So включа­ется тринистор VS3, напряжение источника питания UПИТ через замкнутые кон­такты выключателя SA1 и кнопки S10 подается на обмотку электромагнита YAi, при этом одновременно загорается сигнальная лампа HLi. Электромагнит втя­гивает сердечник и таким образом открывает замок двери. При открывании двери контакты выключателя SA1 размыкаются и разрывают цепь питания, три­нисторы вновь выключаются, и после закрывания двери устройство возвраща­ется в исходное состояние.

Если при наборе кода вначале нажмут кнопку S3 или So, то тринисторы VS2 и VS3 останутся выключенными, поскольку цепь питания этих приборов будет разомкнута закрытым тринистором VS1 и, следовательно, замок не сра­батывает.

Тринистор VS4 служит для того, чтобы исключить возможность открыть замок подбором кода. Контакты кнопок, не использованных в коде, соединены между собой и подключены к управляющему электроду тринистора VS4. Ес­ли при попытке подобрать код будет нажата любая из этих кнопок, то три­нистор VS4 откроется и замкнет цепь управления тринисторов VSi — VS3, и тогда ни один из них уже невозможно будет включить.


Сопротивление резис­тора R6 рассчитывается по формуле UПит/Rб>Iуд; поэтому тринистор VS4 по­сле включения остается в проводящем состоянии. Такой же результат будет и при одновременном нажатии всех кнопок, так как тринистор У54 откроется раньше, чем три последовательно соединенных тринистора VSi — VSa. Полезно обратить внимание на то, что этому обстоятельству способствует также и боль­шее значение управляющего тока прибора VS4 по сравнению с тринисторами VS1 — VS3. Чтобы устройство возвратить в исходное состояние после включения тринисторп VS1, следует нажать кнопку S10 «Вызов», контакты которой раз­рывают пепь питания тринистора VS4, и последний закрывается. Одновременно замыкающие контакты этой кнопки включают звонок HAi звуковой сигнализа­ции. Кстати, этой кнопкой можно пользоваться просто как кнопкой звонка, ес­ли код замка не известен.

С помощью кнопки S11 замок можно открыть дистанционно из помещения. При нажатии этой кнопки тринисторы VSi — VS3 замыкаются накоротко и на­пряжение питания подается на обмотку электромагнита УЛ;. Кнопку 5И сле­дует держать нажатой до тех пор, пока дверь не будет открыта.

Для изменения кода замка провода, идущие от управляющих электродов тринисторюз VSi — VS3, подсоединяют к зажимам 0,..9 в соответствии с кодо­вым числом; остальные зажимы соединяют между собой и подключают к уп­равляющему электроду тринистора VSi.

В качестве выключателя 5Л4 можно использовать малогабаритную кнопку KM1-I или микропереключатель типа МП. Напряжение питания кодового замка 27... 36 В.



Рис. 20. Схема устрой­ства для включения ре­зервного источника пи­тания



Рис. 21. Схемы переключателей на динисто­рах:

а — включение импульсным сигналом, выключение кнопкой; б — включение и выключение импульсным-сигналом

Переключатель (рис. 20) автоматически включает резервный источник пи­тания U'пит при неисправности (пропадании напряжения) основного источника питания UПИТ. Напряжение резервного источника питания U'пит и тип динисто-ра VS1 выбираются так, чтобы выполнялось условие Uпит>U'пит>(Uпрк+ +IпркRн), где иирк и IПрк — напряжение и ток переключения динистора VSi.. Пока нагрузка Ra питается от основного источника, динистор закрыт, так как напряжение между его анодом и катодом меньше или равно нулю.


При исчез­новении напряжения UПИТ ( выходе из строя основного источника) к динистору в прямом направлении прикладывается напряжение U'ПИТ, переключающее при­бор в открытое состояние, и нагрузка Rн оказывается подключенной к резерв­ному источнику питания. При этом диод VD1 устраняет связь резервного и ос­новного источников. Если после устранения неисправности вновь включить ис­точник Uпит, то между анодом и катодом динистора VS1 появится напряжение, равное (Uпит — U'пит)<0, прибор закроется, а источник U'Пит отключится.

Тиристорные выключатели (переключатели) могут управляться дистанци­онно импульсными сигналами. Простейшая схема такого выключателя на дини-сторе показана на рис. 21,а.. При отсутствии входного (включающего) импуль­са динистор VSi закрыт, ток через нагрузку Rн не протекает. При подаче им­пульса отрицательной полярности, амплитуда которого должна быть UВх.и>Uот.и, динистор открывается и нагрузка подключается к источнику пита­ния UПит. Если выполняется условие (3), то динистор остается в таком состо­янии до тех пор, пока не будет нажата кнопка S1, контакты которой разрыва­ют его анодную цепь. Подобную схему можно использовать в запоминающих устройствах, в индикаторах счетных устройств и т. д.

Коммутирующее устройство (рис. 21,6) состоит из динистора VSi, реле KI и осуществляет поочередное переключение цепи нагрузки с приходом каждо­го входного импульса положительной полярности. Функции, выполняемые этим устройством и ранее рассмотренным тринисторным переключателем (рис. 18), одинаковы. Различие в способе управления: в первом случае — кнопочное,, здесь — импульсное.

В исходном состоянии динистор VS1 закрыт и реле K1, обмотка которого включена в его анодную цепь, выключено. Первый входной импульс, амплитуда .которого должна быть UВх.и>Uот.и, проходит через нормально замкнутые контакты реле 1 — 2 на анод динистора и переключает его в проводящее состоя­ние. Реле срабатывает, и контакты 1 — 3 и 4 — 6 замыкаются.


В таком состоянию устройство будет оставаться до тех пор, пока не будет закрыт динистор. Эте происходит с приходом очередного (второго) импульса, который через замкну­тые контакты 1 — 3 реле поступает теперь на катод динистора и закрывает его. Реле выключается, и контакты его возвращаются в исходное состояние. Для закрывания динистора амплитуда входного импульса должна быть Uвх.и>Uпит. Удерживающий ток динистора не должен превышать минимального тока-срабатывания реле, т. е. IУд<Iр min кроме того, должно выполняться условие

UПИТ/(rР+ R1)>IУД.

где rр — активное сопротивление обмотки реле.

На рис. 22 показана основная схема тринисторного выключателя, управ­ляемого импульсными сигналами. В выключателе используется способ закрыва­ния тринистора с помощью предварительно заряженного коммутирующего ков-денсатора (см. § 10).



Рис. 22. Схема тринисторного переключателя постоянного тока, управляемого импульсными сигналами



Рис. 23. Схема сенсорного тринисторного переключателя

Устройство содержит два тринистора: основной VSi и дополнительный VS&. который служит для выключения тринистора VSi. В исходном состоянии после-подачи напряжения питания тринисторы VSi и VS2 остаются закрытыми, ток в-нагрузке Rн практически равен нулю, а коммутирующий конденсатор Ct не за­ряжен. При подаче на управляющий электрод тринистора VSi положительного-» импульса «Вкл.» последний открывается и напряжение источника питания UПиТ;. за вычетом падения напряжения на открытом приборе VSi, прикладывается к 5 нагрузке RH, а коммутирующий конденсатор Ci через резистор Ri и открытый тринистор VS1 заряжается почти до напряжения U„„ (полярность напряжения; на конденсаторе обозначена на схеме). В таком состоянии устройство находит--ся до тех пор, пока не будет подан положительный импульс «Выкл.» на управ­ляющий электрод тринистора VS2, который этим сигналом открывается. Прв-этом тринистор VSi выключается отрицательным напряжением коммутирую­щего конденсатора, и ток в цепи нагрузки прерывается.


Разряд конденсатора C1 вначале происходит через оба тринистора, а после выключения прибора VS1 — через тринистор VS2, нагрузку и источник питания. По мере разряда конденсатора d анодный ток прибора VS2 уменьшается, и, когда его значение становится меньше удерживающего тока, тринистор VS2 закрывается и выклю­чатель возвращается в исходное состояние (нагрузка RB обесточена). Для это­го необходимо сопротивление резистора Rl выбирать таким, чтобы для трини­стора VS2 выполнялось условие (6). Обычно принимают

                                                                                                                                         (20)

где Rт2=Uпит/Iзс2 — сопротивление тринистора VS2 в закрытом состоянии; Iуд2 — удерживающий ток тринистора VS2.

Емкость коммутирующего -конденсатора Ct рассчитывается по формуле (18). Прямое напряжение UЗС обоих тринисторов выключателя определяется напря­жением источника питания (2) и должно быть одинаковым. Основной трини­стор VSi должен иметь обратное напряжение U06p = U3c, а для тринистора VS2 значение (70бр не нормируется. При выборе тринистора VSi по току руко­водствуются условиями (5). Вспомогательный тринистор VS2 может иметь не­большой средний ток. Диод VDi следует включать, если нагрузка имеет индук­тивный характер.

Рассмотренный выключатель с двумя тринисторами широко используется в разнообразных коммутирующих устройствах. В качестве примера на рис. 23 приведена схема сенсорного переключателя, который позволяет поочередно под­ключать к источнику питания одну из трех нагрузок. Переключатель содержит три тринистора VS1 — VS3, каждый из которых выполняет функции как основно­го, так и вспомогательного прибора (рис.22). После подачи напряжения источ­ника питания Uпит транзисторы VT1 — VT3 и тринисторы VSi — VS3 остаются закрытыми, а нагрузки RH1 — Rнз — обесточенными. Во время кратковременного касания (замыкания) пальцем или металлическим предметом любой пары сен­сорных контактов Е1 — Е3 в базовой цепи соответствующего транзистора появ­ляется ток.


Транзистор открывается, и его эмиттерный ток, протекая через цепь управления тринистора, включает последний. Напряжение источника питания, за вычетом паления напряжения на открытом тринисторе, приложится к наг­рузке, через которую потечет ток, определяемой формулой (4). Если при мини­мальном токе нагрузки выполняется условие (5), то тринистор остается в про­водящем состоянии и после размыкания сенсорных контактов до тех пор, по­ка не будет открыт другой тринистор.

Пусть, например, при первом замыкании сенсорных контактов E3 открылся тринистор VS3 и включилась нагрузка Rн.з. Коммутирующие конденсаторы Cz и С3, соединенные с анодом тринистора VS3, зарядятся до напряжения UПИт (полярность напряжения на конденсаторах обозначена на рисунке). Легко за­метить, что теперь при включении тринистора VS1 или VS2 ранее открытый при­бор выключится за счет отрицательного напряжения на коммутирующем кон­денсаторе (С3 или С2 соответственно) и вместо нагрузки Rнз к источнику пи­тания подключиться RHI или Rн2 и т.д.

Ток каждой нагрузки должен удовлетворять условию (5). Емкость комму­тирующих конденсаторов C1 — Сз рассчитывается по формуле (18).

Отметим, что во всех рассмотренных схемах переключателей постоянного тока реализуются свойства полупроводниковых приборов с четырехслойной структурой «запоминать» заданное им внешним сигналом электрическое состо­яние.

14. Выключатели переменного тока

Выключатели переменного тока выполняются, как правило, на три-нисторах, а также на симметричных тиристорах (триаках); с последними чи­татель может познакомиться в [1].

По своему действию в цепях переменного тока тринистор подобен специ­альному типу выключателя, который в режиме «Выключено» не проводит ток в обоих направлениях, а в режиме «Включено» проводит ток только в одном направлении. Таким образом, для питания нагрузки обоими полупериодами пе­ременного тока в силовых цепях выключателей следует использовать включен­ные навстречу друг другу либо два тринистора, либо один тринистор и обыч­ный диод.


Для открывания тринисторов часто применяются сигналы, формируе­мые из положительной полуволны анодного напряжения. Выключаются трини­сторы автоматически при изменении полярности напряжения на аноде, т. е. че­рез каждые полпериода напряжения источника питания.

Однофазный выключатель переменного тока (рис. 24) содержит два трини­стора VSt и VS2, которые включены параллельно и навстречу друг другу. Ког­да выключатель Si разомкнут, тринисторы закрыты и нагрузка обесточена. При замкнутом выключателе St каждый из тринисторов проводит ток только в те­чение положительного полупериода напряжения на его аноде. Если положите­лен верхний (на схеме) провод источника питания, то проводит тринистор VSi, поскольку на его анод и управляющий электрод подается положительное на­пряжение (напряжение на управляющий электрод поступает через сопротив­ление нагрузки Rн, диод VD1, резистор R1 и замкнутые контакты выключателя S1). В следующий полупериод становится положительным нижний провод ис­точника и начинает проводить тринистор VS2, на который управляющее напря­жение поступает через диод VD2, замкнутые контакты выключателя St и ре­зистор Ri. Поочередное выключение тринисторов происходит автоматически в конце каждого положительного полупериода анодного напряжения. Таким об­разом, в цепи нагрузки проходит переменный ток синусоидальной формы, а на­пряжение на нагрузке в течение каждого полупериода равно напряжению се­ти, за вычетом падения напряжения на открытом тринисторе.



Рис. 24. Схема выключателя перемен­ного тока на двух встречно-парал­лельно включенных тринисторах

При размыкании контактов S4 тринисторы выключаются и нагрузка обесточивается. При этом к закрытым приборам VSt и VS2 периодически прикладывается прямое и обратное напряжения, равные амплитудному значению напряжения сети питания Ут. Таким образом, тринисторы вы­ключателя должны иметь гарантиро­ванное прямое и обратное напряжения не менее чем Uзс = Uобр>Um.


При напряжении сети £7=127 В амплитудное значение напряжения составляет Um= |/2U= 1,41*127= 180 В, а при сети U= 220 В имеем Um — 1,41-220=310 В. Допустимый импульсный анодный ток каж-дого из тринисторов должен быть IОс.п>Iнm, где Iн m = Um/Ru — амплитудное значение синусоидального тока в нагрузке, а средний ток — не менее Iоc.ср>0,32 Iн т. Сопротивление резистора Ri, ограничивающего ток в цепях управ­ляющих электродов тринисторов, рассчитывается по формуле (12).

Однофазные выключатели переменного тока могут также выполняться на основе различных комбинаций тринисторов и обычных силовых диодов. На рис. 25,а показана широко распространенная схема однофазного выключателя, который содержит только один тринистор VSi, включенный в диагональ моста VD1 — VD4 со стороны выпрямленного тока. К источнику переменного напря­жения мост подключен последовательно с нагрузкой Ra. Такой выключатель также питает нагрузку обоими полупериодами переменного тока. (При необ­ходимости нагрузку можно питать пульсирующим постоянным током, включив йе между точками а и б.)



Рис. 25. Выключатели переменного тока на тринисторах и диодах:

а — схема с тринистором, включенным в диагональ моста; б — схема на двух тринисторах и двух диодах

Ток в цепи нагрузки протекает только тогда, когда диагональ моста зам-«нута накоротко открытым тринистором. Действительно, мост выпрямляет пе­ременное напряжение и на анод и управляющий электрод тринистора в тече­ние каждого полупериода сети подается положительное напряжение, имеющее «форму полусинусоиды. Когда сигнал на управляющий электрод не подается (выключатель Si разомкнут), тринистор закрыт, поэтому ток через нагрузку ее протекает. Если Si замкнуть, то тринистор откроется в начале положитель­ной полуволны и будет оставаться в проводящем состоянии в течение всего лолупериода переменного напряжения. При открытом тринисторе через нагруз­ку протекают обе полуволны переменного тока. Одна полуволна тока (поло­жительный верхний по схеме зажим источника) проходит по цепи: диод VDi, тринистор VS1, диод VD1, нагрузка RН, вторая полуволна (положительный нижний зажим) — по цепи: нагрузка Rн — диод VD3 — тринистор VSi — диод J¥D2 (путь тока в обоих случаях на рис. 25,а обозначен сплошными и штрихо­выми стрелками соответственно), Напряжение питающей сети, за вычетом па­дения напряжения на двух диодах и тринисторе, включенных в прямом нап-;равлении, приложено к нагрузке Rs. Если управляющий сигнал снять (разом­кнуть выключатель Si), то тринистор в конце очередного полупериода, когда анодное напряжение спадает до нуля, закрывается и нагрузка отключается от источника питания.



Как и в предыдущей схеме выключателя, тринистор должен иметь напря­жение в закрытом состоянии не менее U3c>Um. Обратное напряжение на три­нисторе в этой схеме равно нулю, так как прибор все время находится под на­пряжением одной полярности. Поскольку тринистор пропускает обе полуволны тока нагрузки, .которые следуют одна за другой практически без разрыва, то средний ток прибора должен быть не менее Iос.ср>0,64 Iн т, а импульсный ток Iос.п>Iн т. Сопротивление резистора R1 рассчитывается по формуле (12).

Допустимое обратное напряжение каждого из диодов моста VDi — VDt должно быть не менее Um. Эти диоды должны иметь импульсный ток такого же значения, как и тринистор, т. е. Iд.и>Iн т, а их средний ток может быть в два раза меньше Iд.Ср>0,32 Iн т.

Однофазный выключатель (рис, 25,6) содержит два тринистора VSi, VS2 и два силовых диода VDi, VD2. Управляющее напряжение для тринисторов вы­ключателя получается с помощью маломощного низковольтного выпрямителя, выполненного на понижающем трансформаторе TI, диоде VD3 и конденсаторе С1. Напряжение с конденсатора Ci через резисторы Ri и R2 подается на управ­ляющие электроды тринисторов.

Пока выключатель Si разомкнут, конденсатор Ci остается разряженным, напряжение на управляющих электродах тринисторов равно нулю и тринисто-ры закрыты. Ток через нагрузку ни в один из полупериодов напряжения сети не проходит, поскольку диоды VDi и VD2 по отношению к нагрузке включены последовательно и навстречу друг другу При замыкании выключателя Si на конденсаторе Ci появляется постоянное напряжение, полярность которого по­казана на рис. 25,6. Теперь при положительном полупериоде напряжения на аноде любого трннистора последний откроется. Так, в течение полупериода, ког­да положительный верхний (по схеме) провод источника, открыт тринистор VSi и ток проходит пс цепи: источник питания, нагрузка Rs, тринистор VSi, диод VDi — источник питания. В следующий полупериод (положительный ниж­ний провод) открыт тринистор VS2, и теперь ток нагрузки RH протекает от ис­точника питания через открытый тринистор VS2 и диод VD2. Таким образом, нагрузка подключена к питающей сети в течение всего периода переменного то­ка, а напряжение на ней равно напряжению сети, за вычетом суммы падений напряжений на тринисторе и одном диоде, включенных в прямом направлении.


При размыкании выключателя Si оба тринистора через несколько периодов на­пряжения сети закрываются после разряда конденсатора d. Обратное напря­жение на тринисторах в таком выключателе равно нулю, требования к допу­стимому напряжению в закрытом состоянии, импульсному и среднему токам приборов такие же, как и для тринисторов выключателя рис. 24. Диоды VD1 и VD2 должны иметь обратное напряжение Uд.0бр>Um. Выходное напряжение U1 вспомогательного выпрямителя (на конденсаторе Ct) должно быть U1>Uу.от, а сопротивления резисторов Ri и R2 рассчитываются по формуле Ri = = R2 = Ui/I7.oT, где Uу.от и Iу.от — отпирающие напряжение и ток управления тринисторов.

Из рассмотренных трех основных схем выключателей переменного тока на­именьшие потери имеет выключатель с двумя тринисторами (рис. 24). Следует обратить внимание, что во всех типах выключателей нагрузка остается гальванически соединенной с одним проводом питающей сети и при разомкнутых контактах выключателя S1.

Функции выключателя S1 в выключателях переменного тока обычно вы­полняет механическое, электромеханическое или электрическое устройство. В по­следнем случае это может быть маломощное ключевое электронное устройство с датчиком, который срабатывает под действием напряжения, света, темпера iy-ры, давления и т. д. Таким образом, коммутация значительной мощности в нагрузке осуществляется маломощным сигналом.

Для иллюстрации сказанного на рис. 26 приведена схема выключателя пе­ременного тока, управляемого светом. Такое устройство можно использовать, например, для автоматического включения и выключения лампы в помещении в зависимости от степени освещенности фоторезистора R5, используемого в ка­честве датчика. Резисторы R3 — R5 образуют делитель напряжения, к которому через стабилитрон VD5 и резистор RZ подключен управляющий электрод три-нистора VS1. Пока фоторезистор Rs освещен (он может быть установлен у ок­на или вне помещения), его световое сопротивление R5C невелико, так что R5с<R3+R4. Конденсатор С± заряжается до напряжения, определяемого делите­лем R3 — R5C и равного Uc1 = UmR5c/(R3+R1+R5c) <Um, которое недостаточ­но для пробоя стабилитрона VD5 (здесь Um — амплитуда сетевого напряже­ния).


Тринистор закрыт, выключатель находится в «разомкнутом» состоянии, и лампа EL1 погашена. С уменьшением освещенности фоторезистора его сопро­тивление резко ( в сотни раз) возрастает и становится R5T>R3+R4. Теперь в начале каждого положительного полупериода напряжения на аноде тринисто-ра конденсатор Ci будет заряжаться через резисторы R3+R4, пока напряже­ние на нем не достигнет пробивного напряжения Uст5 стабилитрона VDs. При пробое стабилитрона конденсатор d разряжается через стабилитрон, резистор R2 и цепь управления тринистора. Ток разряда открывает тринистор, и напря­жение сети подается на осветительную лампу. Выключатель переходит в «зам­кнутое» состояние, в котором он будет находиться, пока затемнен фоторезис­тор. Переменным резистором R4 регулируется момент срабатывания выключа­теля при различной освещенности.



Рис. 26. Схема выключателя переменного тока, управляемо­го светом

Суммарное сопротивление R3+R4 должно удовлетворять условию R5T>R3 + R4>R5c и выбирается в пределах 100... 200 кОм ,(в среднем положении движка переменного резистора R4). Продолжительность заряда конденсатора C1 до значения пробивного напряжения Ucт5 стабилитрона VD5 (при затемненном фоторезисторе) должна быть примерно 0,5 мс. При таком условии емкость конденсатора d (в микрофарадах) вычисляется по формуле



Тринистор VS1 и диоды моста VD1 — VD4 выбираются в зависимости от мощ­ности лампы (ламп) и напряжения сета (см. выключатель рис. 25,а), а стаби­литрон — по условиям (11). В выключателе могут быть использованы фоторези­сторы ФСК-1, СФ2-5, СФЗ-5 и др.

Выключатели, управляемые светом, могут быть также построены по прин­ципу: «включено» при освещенном датчике (фоторезисторе) и «выключено» — при затемненном.

Интересен принцип построения выключателя, схема которого изображена на рис. 27. При нажатии кнопочного переключателя St через нагрузку протека­ет только одна полуволна тока, независимо от времени, в течение которого кнопка оставалась нажатой.



Устройство работает следующим образом. После подачи напряжения (за­мыкания выключателя Qi) тринистор VSi остается закрытым, а нагрузка Rи — обесточенной. В те полупериоды напряжения сети, когда положителен верхний (по схеме) провод источника питания, конденсатор С2 заряжается по цепи: со­противление нагрузки Ян, диод VD2, резистор R2. Через некоторое количество периодов напряжение на конденсаторе С2 станет равным амплитудному значе­нию напряжения сети Um (полярность напряжения на конденсаторе обозначе­на на рисунке). Контакты 1 — 2 кнопочного переключателя St нормально замк­нуты, и конденсатор d разряжен. В таком ждущем режиме устройство может находиться длительное время, пока не будет нажата кнопка St. После нажатия кнопки при очередном отрицательном полупериоде (положителен нижний про­вод источника питания) в цепи: резистор Rz, управляющий электрод--катод тринистора VS1. замкнутые контакты 1 — 3 кнопки Si, резистор Ri, диод VDi потечет зарядный ток конденсатора Ci. Этот ток откроет тринистор, так как конденсатор С2 поддерживает на его аноде положительное напряжение, равное Uт.



Рис. 27. Схема полуволнового выклю­чателя переменного тока

Постоянная времени зарядной цепи. конденсатора d, приблизитель­но равная т1= (R1 + R3)C1, должна иметь такое значение, чтобы конден­сатор полностью зарядился примерно в первой четверти полупериода, и по­этому к концу полупериода управ­ляющий ток тринистора становится равным нулю, хотя контакты 1 — 3 кнопки остаются замкнутыми. По­стоянная времени цепи разряда конденсатора С2 через резистор R2, открытый тринистор VS1 и диод VD3, равная t2=R2C2, рас­считывается так, чтобы к концу полупериода разрядный ток конденсатора оставался больше значения удерживающего тока тринистора. Та-ким образом, к моменту начала следующего положительного полупериода на­пряжения сети на аноде тринистора последний окажется в открытом состоянии и через нагрузку RB, тринистор VSit диоды VD2 и VDa пройдет полуволна то­ка с амплитудой Iн m=UmlRн. В течение этого полупериода конденсатор Сг полностью разряжается.


В следующие положительные полупериоды анодного на­пряжения, хотя кнопка и продолжает быть нажатой, тринистор остается закрытым,, так как управляющий ток равен нулю. При отпуокании кнопки St конденсатор Ct разрядится через резистор R1 и устройство возвратится в исходное состояние. Для повторного включения необходимо вновь нажать кнопку Si.

Сопротивления резисторов R1 — R3 рассчитываются из условий, определяю­щих допустимый режим тринистора:

R1 + R3>Um/Iу.0т.и; R2>Uт/Iос.п,

Для сети переменного тока с частотой 50 Гц постоянные времени TI и Т2 дол­жны быть приблизительно равны т1=l,5-10~3 с и Т2=5*10~3 с..

Тринистор VSi должен иметь напряжение в закрытом состоянии U3C>Um, Допустимое обратное напряжение диодов VDi — VD3 должно быть не менее значения Um, а у тринистора VSi может не нормироваться.

15. Выключатели с временной задержкой

С помощью тринисторов и динисторов можно создавать коммутацион­ные устройства с устанавливаемой выдержкой времени (бесконтактные реле времени). Такие устройства используются для включения или отключения на­грузки через определенный заранее установленный промежуток времеки после приложения управляющего сигнала или срабатывания механического (электро­механического) переключателя.

Широкое распространение в бесконтактных реле времени находят трини-сторы. В таких устройствах нагрузка непосредственно включается в анодную цепь прибора, а момент подачи сигнала на управляющий электрод задержи­вается относительно момента включения анодного питания. Для получения вре­менных выдержек и формирования управляющих сигналов для тринисторов ча­сто используются релаксационные генераторы на однопереходных транзисторах (см. § 8).

Выключатель (рис. 28,а) подает напряжение на нагрузку через некоторое время t3 после включения напряжения источника питания. Рабочее напряжение и ток выключателя определяются выбранным типом тринистора. Управляется тринистор VS1 однопереходным транзистором VT1, который работает в режиме релаксационного генератора и формирует одиночные импульсы.





Рис. 28. Тринисторные выключатели с временной задержкой с однопереходны­ми транзисторами:

а — схема с задержкой времени включения; б — схема устройства, автоматически отключа­ющего нагрузку через определенное время

После подачи напряжения питания тринистор и однопереходный транзистор остаются закрытыми, а конденсатор C1 начинает заряжаться через резисторы R1 и R2. Конденсатор заряжается до тех пор, по-ка напряжение на нем не до­стигнет значения UЭл,кв при котором переход эмиттер — база 1 однопереходно-го транзистора включается в прямом направлении. В этот момент транзистор откроется и конденсатор Ci разрядится через его цепь эмиттер — база 1 и ре­зистор Rb. Положительный импульс, снимаемый с этого резистора, откроет три­нистор, и напряжение источника питания окажется приложенным к нагрузке RB. После открывания тринистора VSi напряжение на генераторе становится равным сумме падений напряжений на открытом тринисторе Uoc и проводящем-диоде VD2. Эти напряжения малы, поэтому генерация импульсов прекращается.

Длительность задержки ta определяется постоянной времени цепи (R1+R2)C1 релаксационного генератора, которая регулируется резистором R2, к напряжением включения однопереходного транзистора и может быть рассчи­тана по формуле (14).

Выключатель (рис. 28,6) через определенное время автоматически отклю­чает нагрузку Ru от источника питания Uпит. В этом устройстве для закры­вания тринистсра VS1 используется коммутирующий конденсатор С1, который подключается к тринистору с помощью однопереходного транзистора VT1.

Устройство работает следующим образом. При подаче напряжения питания тринистор VS1 и однопереходный транзистор VTi остаются закрытыми, а на­пряжение на конденсаторе C1 равно нулю. С приходом сигнала «Вкл.» тринистор VS1 открывается и напряжение источника питания прикладывается к нагрузке Rн. После открывания тринистора коммутирующий конденсатор С4 заряжается через резистор R1 и открытый тринистор до тех пор, пока напряжение на нем не достигнет значения, при котором переход эмиттер — база 1 однопереходного транзистора VT1 включается в прямом направлении.


В этот момент открывает­ ся однопереходный транзистор, коммутирующий конденсатор подключается к тринистору (отрицательная обкладка к аноду, положительная — к катоду) к закрывает его. Нагрузка отключается от источника питания.

Интервал времени, в течение которого напряжение источника питания пода­ется на нагрузку, можно вычислить по формуле (14). Емкость конденсатора СЧ определяется по формуле (18). Сопротивление резистора Ri в обеих схемах выключателей должно обеспечивать выполнение условия (13).

В устройстве рис. 28,а однопереходный транзистор открывается напряже­нием Uci, снимаемым с конденсатора Ci и имеющим экспоненциальную форму. При больших выдержках времени включение однопереходного транзистора про­исходит напряжением пологого (конечного) участка экспоненты, поэтому ста­бильность устанавливаемой временной выдержки невелика. Для получения боль­ших временных выдержек (порядка нескольких минут и более) с высокой ста­бильностью можно использовать каскадное включение двух релаксационных ге­нераторов на однопереходных транзисторах. Схема такого выключателя пока­зана на рис. 29.



Рис. 29. Схема выключателя с временной задержкой с двумя однопереходными транзисторами.

На однопереходном транзисторе VTi собран релаксационный автогенератор (на схеме показан штриховой линией), который начинает работать сразу после подачи напряжения питания UПиТ. Выходным напряжением генератора через трансформатор Т1 и диод VDi заряжается основной времязадающий конденсатор С2, который используется в генераторе одиночных импульсов на однопереход­ном транзисторе VT2. Напряжение на конденсаторе С2 имеет форму нарастаю­щей ступенчатой кривой (рис. 29), причем горизонтальная часть каждой сту­пеньки равна периоду повторения импульсов автогенератора на транзисторе VT1, а высота ступеньки определяется напряжением на вторичной обмотке транс­форматора T1. Как только напряжение на конденсаторе С2 достигнет значения UЭ вкл 2 однопереходного транзистора VT2, последний отпирается, включается тринистор VS1 и к выводам нагрузки Rн прикладывается напряжение источника питания.


Если напряжение для питания генераторов взято с анода тринистора, то после открывания последнего оно становится Uoc=1... 2 В и оба генератора выключаются.

Сумма сопротивлений резисторов R1+R2 должна удовлетворять условию (13). Период повторения импульсов генератора на транзисторе. VТ1 не крити­чен, устанавливается опытным путем и должен быть значительно меньше необ­ходимой выдержки времени, которая регулируется резистором R1, Напряжение питания генераторов на однопереходных транзисторах стабилизировано стаби­литроном VD2.

Трнлпсторы в рассмотренных выключателях (рис. 28, 2Э) выбираются по требуемому току нагрузки (5) и напряжению питания (2).

Конденсаторы, используемые во времязадающих цепях (C1, C2 на рис. 28, 29). должны иметь незначительные токи утечки. При относительно небольших задержках (когда емкость не превышает десятые доли микрофарады) могут ис­пользоваться бумажные конденсаторы, а при задержках около минуты и более (емкость может составлять несколько десятков и даже сотен микрофарад) — оксидно-полупроводниковые или электролитические конденсаторы.

Выключатель (рис. 30) подает напряжение на нагрузку в течение опреде­ленного заранее установленного интервала времени, а затем автоматически от­ключает питание от нагрузки. Устройство построено без использования однопе­реходного транзистора и содержит два тринистора: основной VSi и вспомога­тельный VS2, используемый для выключения основного. Необходимая временная задержка обеспечивается RС-цепочкой.



Рис. 30. Схема выключателя с временной за­держкой на двух тринисторах

Исходное состояние вы­ключателя (прибор VSi за­крыт, a VS2 — открыт) уста­навливается автоматически. После подачи напряжения пи­тания Uпит конденсатор С2 че­рез резисторы Ri — R3 заряжа­ется до напряжения пробоя стабилитрона VD2, при этом открывается тринистор VS2. Сопротивление резистора RI выбирается таким, чтобы пря­мой ток тринистора VS2 был больше удерживающего тока, т.


е. Iпр 2=U1(R1>IУД 2. Открытый тринистор VS2 шунтирует свою цепь управления, конденсатор С2 разряжается через диод VD3, резистор R2 и анодную цепь тринистора VS2 и остается разряженным. Коммутирующий конденсатор Ct заряжается до напря­жения источника питания UПмт (полярность напряжения на конденсаторе обо­значена на схеме без скобок). Тринистор VSt остается закрытым, и, следователь­но, ток в нагрузке Rs не протекает.

В таком исходном состоянии устройство находится, пока на управляющий электрод тринистора VSi не будет подан импульс «Вкл.» Этот импульс открыва­ет тринистор VSi, и напряжение источника питания прикладывается к нагруз­ке. Одновременно напряжением коммутирующего конденсатора Ci выключает­ся тринистор VS2, а конденсатор d через резистор Ri перезаряжается (поляр­ность напряжения перезаряженного конденсатора на схеме обозначена в круг­лых скобках).

С момента выключения тринистора VS2 конденсатор С2 вновь начинает за­ряжаться через резисторы Ri — Rs. Как только напряжение на нем достигнет значения пробивного напряжения стабилитрона VD2, в цепи управления трини­стора VS2 появляется ток и прибор открывается. Тринистор VSi отрицатель­ным напряжением перезаряженного коммутирующего конденсатора Ci закры­вается, и нагрузка отключается от источника питания. Устройство возвращает­ся в исходное состояние, при котором тринистор VSi закрыт, a VS2 открыт. С приходом следующего импульса «Вкл.» цикл повторяется.

Таким образом, время ta, в течение которого напряжение питания подается на нагрузку, определяется продолжительностью заряда конденсатора С2 до на­пряжения пробоя стабилитрона VD2 и может регулироваться элементами Rs и С2. Это время (при условии R1+R2>R3) рассчитывается по формуле



где Ui — стабилизированное напряжение, от которого заряжается конденсатор С2; Uz — напряжение стабилизации стабилитрона VD2.

Стабилитрон VD2 выбирается из условий (11). Стабилитрон VDi стабили­зирует напряжение питания времязадающей цепи.


Емкость конденсатора Ci определяется по формуле (18). Этот конденсатор должен быть с бумажным ди­электриком, поскольку полярность напряжения на нем изменяется.



Рис. 31. Схема двухступенчатого выключателя переменного тока

Рассмотрим выключатели с выдерж­кой времени, работающие на перемен­ном токе. Выключатель (рис. 31) позво­ляет подавать напряжение питания на нагрузку (например, лампы накалива­ния) автоматически двумя ступенями с выдержкой времени между ними. Схе­ма этого устройства, no-существу, пред­ставляет собой одно плечо однофазного выключателя (рис. 25,6). Здесь управ­ляющее напряжение для тринистора получается с помощью бестрансформатор­ного однополупериодного выпрямителя, собранного на диоде VDi, резисторе Ri, конденсаторе Ci и стабилитроне VD2. После подачи напряжения питания (за­мыкания выключателя Qi) через диод VDZ и нагрузку RB ток проходит только в те периоды напряжения сети, когда положителен нижний (по схеме) провод источника питания. Пока тринистор VSt закрыт, к нагрузке подводится поло­винная мощность (выключатель работает на первой ступени). Одновременно после замыкания Qi начинает заряжаться конденсатор Ct через диод VDi и резистор Ri. Когда напряжение на Ci достигает значения, достаточного для включения тринистора VSi, последний начинает открываться в начале каждого положительного полупериода напряжения на аноде, и через нагрузку ток бу­дет протекать в течение обоих полупериодов напряжения сети (устройство ра­ботает на второй ступени). Интервал времени с момента замыкания контактов .выключателя Q1 до момента, когда на нагрузку подается полное напряжение питания, зависит от постоянной времени цепи RiCi и значения напряжения пи­тающей сети. При напряжении сети 220 В задержка, равная нескольким секун­дам, получается при R1 = 30...50 кОм, С1 = 2.00... 400 мкФ.

Стабилитрон VD2 фиксирует постоянный уровень напряжения на управля­ющем электроде тринистора. Тринистор VS1 и диод VD3 выбираются в зависи­мости от тока нагрузки и напряжения источника питания, как и для выключа­теля рис. 25,6.



Выключатель ( на рис. 32 выделен штриховой линией) при нажатии кноп­ки подключает нагрузку на короткое фиксированное время к сети переменного тока, а затем автоматически отключает ее. Таким устройством можно, напри­мер, оснастить обычный сварочный аппарат, которым при этом можно будет производить и точечную сварку (рис. 32).

Выключатель с выдержкой времени работает следующим образом. Напря­жение сети (127 или 220 В) через понижающий трансформатор Т1 с выходным напряжением 25... 30 В поступает на выключатель (рис. 25,а), состоящий из диодного моста VD1 — VD4 и тринистора VS1, в анодную цепь которого включе­на катушка реле K1. Тринистор и реле питаются выпрямленным и сглаженным конденсатором C1 напряжением. Контакты реле K1.1, включенные последова­тельно в цепь первичной обмотки сварочного трансформатора Тг, нормально замкнуты, а контакты Ki.z, шунтирующие конденсатор С2 времязадающей це­почки RC, нормально разомкнуты. При разомкнутом выключателе Qi устройст­во отключено и никакого влияния на работу сварочного аппарата не оказывает. После подачи напряжения на выключатель (замыкании контактов Q1) тридистор VS1 остается закрытым, поскольку его выводы анод — катод шунтируются нормально замкнутыми контактами кнопки S1. Реле Ki при этом сра­ботает (ток катушки проходит от источника через замкнутые контакты кнопки Si), его контакты К1.1 разомкнутся, a K1.2 — замкнутся и конденсатор С2 раз­рядится.



Рис. 32. Схема выключателя переменного тока с устанавливаемым временем по­дачи напряжения на нагрузку

Теперь сварочный аппарат переходит в режим точечной сварки и управля­ется только кнопкой S1. Для подачи напряжения на сварочные электроды сле­дует нажать кнопку S1, при этом ее контакты размыкаются, ток через катушку реле прерывается, в результате чего контактные группы принимают исходное состояние: К1.1 замыкается, a K1.2 размыкается. Напряжение сети подается на первичную обмотку трансформатора T2, и происходит процесс сварки.


Посколь­ку контакты K1.2 разомкнуты, конденсатор С2 заряжается выпрямленным на­ пряжением через резисторы R2, R3. Когда напряжение на конденсаторе достиг­нет значения напряжения отпирания тринистора VS1, последний откроется и включит реле K1, контакты К1.1 вновь разомкнутся, а контакты K1.2 — замкнутся и конденсатор С2 разрядится. Напряжение с первичной обмотки трансформато­ра T2 снимается, и процесс сварки прекращается. Тринистор VSi остается от­крытым, пока нажата кнопка S1, при ее отпускании тринистор закрывается и устройство возвращается в исходное состояние. Для повторной сварки следует вновь нажать кнопку S1.

Длительность сварочного импульса tсв зависит только от постоянной вре­мени (R2+R3)C2, значения выпрямленного напряжения U1 и напряжения Uу.от тринистора и может быть вычислена по формуле



Требуемое значение tCB (обычно около 1 с) устанавливается переменным резистором R2. Отметим, что время tсв не зависит от того, как долго была на­жата кнопка Si. Допустимый прямой ток тринистора должен быть больше то­ка срабатывания реле (контактора), которое выбирается так, чтобы его контак­ты K1.1 могли пропускать ток первичной обмотки сварочного трансформа­тора Т2.



Рис. 33. Схема выключателя перемен­ного тока с задержкой момента отклю­чения

На рис. 33 изображена несколь­ко видоизмененная схема выключате­ля с тринистором и диодным мостом (рис. 25,а): дополнительно введены диод VD5 и конденсатор C1. Такое устройство кроме своей основной фун­кции — . включать в отключать на­грузку в цепи переменного тока по­зволяет на некоторое время задер­жать отключение нагрузки (например, осветительных ламп) от источника питания после размыкания выключателя St. Суммарное сопротивление резисто­ров R1+R2 должно удовлетворять требованию (12), и поэтому при замыкании контактов S1 выключатель работает аналогично рассмотренному выше устрой­ству (рис. 25,а), а конденсатор C1 остается разряженным. После размыкания контактов выключателя S1 начинает заряжаться конденсатор С4 от положи­тельного пульсирующего напряжения, имеющегося на аноде тринистора VSi. Ток заряда .конденсатора С4 проходит по цепи: резистор Rz, диод VD$, управ­ляющий электрод — катод тринистора.


Таким образом, тринистор VSi остается открытым и после размыкания выключателя S1, а нагрузка RH — подключенной к источнику питания. По мере заряда конденсатора ток управляющего элект­рода уменьшается, и, когда он снизится до значения неотошрающего тока уп­равления Iу.нот, тринистор закроется, а нагрузка обесточится. Задержка време­ни отключения нагрузки зависит от постоянной времени RzCi, напряжения пи­тающей сети и значения тока Iу.нот и может составлять несколько десятков се­кунд. При очередном замыкании контактов S1 конденсатор С4 разрядится че­рез резистор R1; тринистор VS1 вновь откроется и на нагрузку будет подано на­пряжение питания.

16. Защитные устройства

Высокое быстродействие тринисторов и их способность выдерживать значительные кратковременные перегрузки по току позволяют создавать на ос­нове этих приборов весьма эффективные электронные устройства защиты и бло­кировки для автоматического отключения нагрузки от источника питания.

Простое защитнее устройство (рис. 34) выполняет функции плавкого пре­дохранителя и включается между источником постоянного напряжения и на­грузкой. В устройстве используются тринистор VSi и реле Ki. Контакты Ki.i реле, которые должны быть рассчитаны на полный ток нагрузки, нормально ра­зомкнуты, и в исходном состоянии напряжение на нагрузку не подается. Чтобы подключить питание к нагрузке, необходимо кратковременно нажать кнопку S1. При этом сработает реле K1 и его контакты K1.1, служащие одновременно и для самоблокировки реле, замкнутся. В цепь питания нагрузки последователь­но включен безындукционный резистор Rz. Падение напряжения на этом рези­сторе, пропорциональное току нагрузки, подается на управляющий электрод три­нистора VS1. Сопротивление резистора R2 выбирается таким, чтобы при мак­симальном токе нагрузки Iп max падение напряжения на Rz не превышало не-отпнрагощего напряжения управления тринистора, т. е. Iн maxR2<Uу.нот. Таким образом, при токах нагрузки от Iн min до Iн mах тринистор VS1 остается за­крытым.



Рис. 34. Схема защитного устройства от перегрузок по току с использованием тринистора и реле


Содержание раздела