Розробка регулятора змінної напруги з вольтододачею (стр. 2 из 7)
Для кожного квадранта визначені відпираючий струм Iвід (IGT), утримуючий струм Iут (Iн) і струм ввімкнення Iввім (IL).
Відпираючий струм повинен зберігатися до тих пір, поки робочий струм не перевищить у два-три рази величину утримуючого струму Iн. Цей мінімальний відпираючий струм і є струмом ввімкнення сімістора IL.
Потім, якщо прибрати струм через керуючий електрод, симістор залишиться в провідному стані до тих пір, поки анодний струм буде перевищувати струм утримання Iн.
Обмеження при використанні
Симістор накладає ряд обмежень при використанні, зокрема при індуктивного навантаження. Обмеження стосуються швидкості зміни напруги (dV/dt) між анодами симістора і швидкості зміни робочого струму di/dt.
Дійсно, під час переходу сімістора із закритого стану відкритий зовнішнім ланцюгом може бути викликаний значний струм. У той же час миттєвого падіння напруги на виводах сімістора не відбувається. Отже, одночасно будуть присутні напруга і струм, розвиваючі миттєву потужність, яка може досягти значних величин. Енергія, розсіяна в малому просторі, викличе різке підвищення температури р-n переходів. Якщо критична температура буде перевищена, то відбудеться руйнування симістора, викликане надмірною швидкістю наростання струму di/dt.
Обмеження також поширюються на зміну напруги двох категорій: на dV/dt стосовно до закритого симістору і на dV/dt при відкритому симісторі (останнє також називається швидкістю перемикання).
Надмірна швидкість наростання напруги, доданої між виводами А1 і А2 заритого симістора, може викликати його відкриття при відсутності сигналу на керуючому електроді. Це явище викликається внутрішньою ємністю симістора. Струм заряду цієї ємності може бути достатнім для відмикання сімістора.
Однак не це є основною причиною несвоєчасного відкриття. Максимальна величина dV/dt при перемиканні симістора, як правило, дуже мала, і занадто швидка зміна напруги на виводах симістора в момент його замикання може негайно ж спричинити за собою нове включення. Таким чином, сімістор заново відмикається, в той час як повинен закритися.
Рисунок 1.2.3 – Симістор із захисним RC-ланцюжком
При індуктивному навантаженні симістора або при захисті від зовнішніх перенапружень для обмеження впливу dV/dt та струму перевантаження бажано використовувати захисний RC-ланцюжок (рис. 1.2.3).
Розрахунок значень R і С залежить від декількох параметрів, серед яких - величина струму в навантаженні, значення індуктивності і номінального опору навантаження, робочої напруги, характеристик сімістора. Сукупність цих параметрів важко піддається точному опису, тому часто беруть до уваги емпіричні значення. Включення опору 100-150 Ом і конденсатора 100 нФ дає задовільні результати. Проте відзначимо, що значення опору повинно бути набагато менше (або одного порядку), ніж величина повного навантаження, будучи достатньо високим для того, щоб обмежити струм розряду конденсатора з метою дотримання максимального значення di/dt в момент відмикання.
RC-ланцюжок додатково покращує включення в провідний стан симістора, керуючого індуктивним навантаженням. Дійсно, струм розряду конденсатора усуває вплив затримки індуктивного струму, підтримуючи робочий струм вище мінімального значення утримуючого струму Iуд (Iн).
Рисунок 1.2.4 – Захист симістора за допомогою варистора
Додатковий захист, що заслуговує уваги, може бути забезпечений за допомогою варистора, підключеного до виводів індуктивного навантаження. Інший варистор, включений паралельно напрузі живлення, затримає завади, що розповсюджуються по мережі живлення. Захист симістора також забезпечується при підключенні варистора паралельно його виводам А1 і А2 (рис. 1.2.4).
1.3 Трансформатор
Трансформатор (від лат. Transformo - перетворювати) - статичний електромагнітний пристрій, що має дві або більше індуктивно пов'язаних обмоток і призначене для перетворення за допомогою електромагнітної індукції однієї або декількох систем змінного струму в одну або кілька інших систем змінного струму.
Трансформатор може складатися з однієї (автотрансформатор) або кількох ізольованих дротяних, або стрічкових обмоток (котушок), що охоплюються загальним магнітним потоком, намотаних, як правило, на магнітопровод (сердечник) з феромагнітного магніто-м'якого матеріалу.
Види трансформаторів
1. Силовий трансформатор - трансформатор, який призначений для перетворення електричної енергії в електричних мережах і в установках, призначених для прийому і використання електричної енергії. Автотрансформатор - варіант трансформатора, в якому первинна і вторинна обмотки сполучені безпосередньо, і мають за рахунок цього не тільки електромагнітний зв'язок, а й електричну. Обмотка автотрансформатора має кілька виводів (як мінімум 3), підключаючись до яких, можна отримувати різні напруги. Перевагою автотрансформатора є більш високий ККД, оскільки лише частина потужності піддається перетворенню - це особливо істотно, коли вхідна і вихідна напруги відрізняються незначно. Недоліком є відсутність електричної ізоляції (гальванічної розв'язки) між первинним і вторинним ланцюгом. У промислових мережах, де наявність заземлення нульового проводу обов'язково, цей чинник ролі не грає. Натомість істотною є менша витрата сталі для сердечника, міді для обмоток, меншу вагу і габарити, і в результаті - менша вартість. Особливо ефективний автотрансформатор у випадках, коли необхідно отримати вторинну напругу, яка не сильно відрізняється від первинної.
2. Трансформатор струму - трансформатор, який живиться від джерела струму. Типове застосування - для зниження первинного струму до величини, яка використовується у ланцюгах вимірювання, захисту, управління та сигналізації. Номінальне значення струму вторинної обмотки 1А, 5А. Первинна обмотка трансформатора струму вмикається в ланцюг з вимірюваним змінним струмом, а у вторинну включаються вимірювальні прилади. Струм, що протікає по вторинній обмотці трансформатора струму, дорівнює струму первинної обмотки, поділеній на коефіцієнт трансформації.
3. Трансформатор напруги - трансформатор, який живиться від джерела напруги. Типове застосування - перетворення високої напруги в низьку в ланцюгах. Застосування трансформатора напруги дозволяє ізолювати логічні ланцюги захисту і ланцюга вимірювання від ланцюга високої напруги.
4. Імпульсний трансформатор - трансформатор, який призначений для перетворення імпульсних сигналів з тривалістю імпульсу до десятків мікросекунд з мінімальним спотворенням форми імпульсу. Основне застосування полягає в передачі прямокутного електричного імпульсу (максимально крутий фронт і зріз, відносно постійна амплітуда). Він служить для трансформації короткочасних відеоімпульсів напруги, що зазвичай періодично повторюються з високою скважністю. У більшості випадків основна вимога до ІТ полягає в неспотвореній передачі форми трансформованих імпульсів напруги; при дії на вхід ІТ напруги тієї чи іншої форми на виході бажано отримати імпульс напруги тієї ж самої форми, але, бути може, іншої амплітуди або іншої полярності.
5. Розділовий трансформатор - трансформатор, первинна обмотка якого електрично не пов'язана зі вторинними обмотками. Силові розділові трансформатори призначені для підвищення безпеки електромереж, при випадкових одночасних дотиків до землі і струмоведучих частин або неструмоведучим частинам, які можуть опинитися під напругою у разі пошкодження ізоляції. Сигнальні розділові трансформатори забезпечують гальванічну розв'язку електричних ланцюгів.
Пік-трансформатор – трансформатор, що перетворює напругу синусоїдальної форми в імпульсну напругу з полярністю, що змінюється через кожні півперіода.
6. Здвоєний дросель (зустрічний індуктивний фільтр) - конструктивно є трансформатором з двома однаковими обмотками. Завдяки взаємній індукції котушок він при тих же розмірах більш ефективний, ніж звичайний дросель. Здвоєні дроселі отримали широке поширення в якості вхідних фільтрів блоків живлення; в диференціальних сигнальних фільтрах цифрових ліній, а також в звуковій техніці.
Основні частини конструкції трансформатора
У практичній конструкції трансформатора виробник вибирає між двома різними базовими концепціями:
• Стрижневий
• Броньовий
Будь-яка з цих концепцій не впливає на експлуатаційні характеристики або експлуатаційну надійність трансформатора, але є істотні відмінності у процесі їх виготовлення. Кожен виробник вибирає концепцію, яку він вважає найбільш зручною з точки зору виготовлення, і прагне до застосування цієї концепції на всьому обсязі виробництва.
У той час як обмотки стрижневого типу містять в собі сердечник, сердечник броньового типу містить в собі обмотки. Якщо дивитися на активний компонент (сердечник з обмотками) стрижневого типу, обмотки добре видно, але вони приховують за собою стрижні магнітної системи сердечника. Видно тільки верхнє і нижнє ярмо сердечника. У конструкції броньового типу сердечник приховує в собі основну частину обмоток. Ще одна відмінність полягає в тому, що вісь обмоток стрижневого типу, як правило, має вертикальне положення, в той час як у броньовій конструкції вона може бути горизонтальної або вертикальної.