Zapiski wszelakie… i nie tylko :)

Sposoby sterowania zapłonem tyrystorów i tyratronów

Cechą charakterystyczną zaworów sterowanych jest to, że obwód sterujący służy jedynie do zapoczątkowania stanu przewodzenia obwodu anodowego, po czym traci właściwości sterujące i nie ma wpływu na przebieg prądu w obwodzie anodowym. Obwód wejściowy odzyskuje właściwości sterujące dopiero po zaniku prądu w obwodzie anodowym i przejściu zaworu w stan zaporowy. Tak więc zablokowanie zaworu przewodzącego jest możliwe tylko przez zmniejszenie napięcia anody do zera lub do wartości ujemnej.

Jeżeli zawór jest zasilany napięciem przemiennym, odbywa się naturalna komutacja (zmiana kierunku) napięcia anody i nie ma kłopotu z blokowaniem. Natomiast w przypadku zasilania zaworu prądem stałym komutację napięcia anody należy wymusić np. przez załączenie, za pomocą dodatkowego tyrystora lub kondensatora naładowanego ujemnie .

Układy sterujące zapłonem, zwane krótko układami zapłonowymi, zaworów elektronicznych służą do zapoczątkowania stanu przewodzenia zaworu. Powinny one umożliwiać wybór odpowiedniego momentu zapłonu.

W przypadku tyratronu napięcie zapłonu zależy od napięcia anody i od temperatury tyratronu. Natomiast w przypadku tyrystora prąd zapłonu zależy tylko od temperatury, a nie zależy od napięcia anody. Dlatego sposób sterowania zapłonem musi być dostosowywany do charakterystyk zapłonowych zaworu elektronicznego.

To, że charakterystyka zapłonu tyratronu zależy od napięcia anody, umożliwia sterowanie zapłonem tyratronu przez zmianę napięcia polaryzacji (sterowanie pionowe) lub przez zmianę fazy impulsów sterujących względem napięcia anody (sterowanie fazowe).

Przy sterowaniu pionowym napięcie siatkowe us jest najczęściej sumą dwóch napięć: stałego napięcia polaryzacji i napięcia sinusoidalnego, które jest opóźnione w fazie względem napięcia anody o 1/4 okresu. Zmianę kąta zapłonu a uzyskujemy przez zmianę wartości napięcia polaryzacji U^. Zwiększenie tego napięcia przyspiesza chwilę zapłonu.

Sterowanie pionowe umożliwia zmianę kąta zapłonu jedynie w ograniczonym zakresie, a poza tym przy tym sterowaniu kąt zapłonu silnie zależy od temperatury.

Znacznie lepsze jest sterowanie fazowe zwłaszcza wówczas, gdy napięcie sterujące ma kształt impulsów narastających pionowo . W przypadku zastosowania impulsowego sterowania fazowego uzyskujemy pełny zakres zmian kąta zapłonu a od 0° do 180° elektrycznych napięcia anody ua (iloczyn a>t ma wymiar kąta i nazywamy go kątem elektrycznym).

W układach tyrystorowych sterowanie zapłonem odbywa się najczęściej przez zmianę fazy prądu lub napięcia impulsów bramkowych (impulsów doprowadzanych do bramki tyrystora). Dążymy tutaj do tego, by impulsy zapłonowe miały strome narastanie (tzw. strome czoło), ponieważ wtedy moment zapłonu nie zależy od temperatury tyrystora.

W układach tyrystorowych impuls sterujący bramkę powinien być dostatecznie szeroki, aby prąd anody zdążył zwiększyć się do wartości prądu załączania. W przeciwnym bowiem razie, gdy impuls sterujący zaniknie zbyt szybko (przed dojściem prądu anody do wartości załączania, czyli przed upływem czasu załączania), tyrystor powróci do stanu zaporowego mimo dodatniego napięcia w anodzie.

W przypadku obciążenia indukcyjnego szybkość narastania prądu anody tyrystorów jest mała i czas załączania tyrystora przekracza 100 ms. Do sterowania tyrystorów stosuje się wtedy pakiety impulsów (tzw. system multipuls) zamiast jednego impulsu o długim czasie trwania. Częstotliwość impulsów w pakiecie wynosi 1… 10 kHz (przy napięciu anody o częstotliwości 50 Hz), a czas trwania pakietu jest nieco dłuższy od czasu załączania tyrystora.

Na podstawie powyższych rozważań można stwierdzić, że:

  1. napięcie siatka-katoda sterujące zapłonem tyratronów musi mieć dwie składowe: ujemną składową stałą Um polaryzującą obwód siatki oraz składową zmienną, która może mieć kształt sinusoidalny, piłowy lub impulsowy;
  2. napięcie bramka-katoda sterujące zapłonem tyrystorów może mieć tylko jedną składową zmienną, ponieważ prąd zapłonu tyrystora jest zawsze dodatni;
  3. najlepszym sposobem sterowania zaworów elektronicznych jest sterowanie fazowe za pomocą przesuwania czoła stromych impulsów.

Sterowanie pionowe odbywa się przez zmianę wartości składowej stałej Ugo. Natomiast sterowanie fazowe odbywa się przez zmianę przesunięcia fazy ę składowej zmiennej napięcia siatki.

W najprostszych układach zapłonowych nie ma generatora GK. Wówczas do sterowania zapłonem wykorzystuje się napięcie sinusoidalne u2.

W układzie sterowania fazowego kąt zapłonu jest regulowany przez zmianę opóźnienia ę napięcia u2 względem napięcia anody wc. Przesuwnik fazy składa się z elementów R, C i uzwojenia z2 z wyprowadzonym środkiem.

Bardzo często, zwłaszcza w układach automatyki, sterowanie zapłonem musi się odbywać automatycznie przez zmianę napięcia stałego sterującego układem zapłonowym! Układy zapłonowe spełniające to wymaganie muszą zawierać wzmacniacz elektroniczny służący do zmiany napięcia polaryzacji UM lub elektroniczny przesuwnik fazy impulsów zapłonowych sterowany napięciem.

 

Autor artykułu jest ekspertem z portalu falowniki.info

VN:F [1.9.22_1171]
Ocena: 9.0/10 (1 głos )
VN:F [1.9.22_1171]
Oceny: 0 (z 0 głosów)