Предлагаемый вниманию читателей фазовый регулятор выпрямленного напряжения (рис.1) может служить временной или постоянной заменой дорогостоящим регулируемым выпрямителям, применяемым для питания двигателей постоянного тока мощностью единицы-десятки кВт и возбуждения синхронных мощных машин, а также альтернативой подзарядным устройствам аккумуляторных батарей электроподстанций. Максимально допустимый ток определяется исключительно возможностями силового моста VS1, VS2, VD1, VD2 (рис.1).
Рис. 1
Вторичная обмотка трансформатора Т1 вместе с переменным резистором R2 и конденсатором С1 образуют фазосдвигающую цепь (фазовращатель), задающую угол регулирования силовыми тиристорами, транзисторы VT1 и VT2 вместе с оптронными тиристорами VU1 и VU2 — усилители мощности импульсов управления.
Фазовый регулятор отличается не только предельной простотой схемы, но и гальванической развязкой переменного резистора, выполняющего функцию «задатчика» выходного напряжения, который, кроме того, может быть вынесен на безопасное расстояние в несколько метров обычным телефонным двухпроводным проводом (на пульт управления, например), не боясь наводок и помех. Кроме переменного резистора на пульт управления может быть вынесена схема управления (или часть её) с элементами коммутации и запитана от другого источника (лишь бы это была одна и та же фаза трехфазной сети). Мощность трансформатора Т1 может быть 1…10 Вт, напряжение его вторичной обмотки должно быть 30…40 В, с отводом от середины. Полуобмотки необязательно должны быть с одинаковым напряжением (например, допустимо напряжение 15 В и 20 В), важно, чтобы нижняя (по схеме) часть вторичной обмотки обеспечивала напряжение не меньше, чем верхняя. В качестве транзисторов VT1 и VT2 можно использовать практически любые маломощные транзисторы соответствующих структур.
Номиналы всех элементов — ориентировочные и могут быть увеличены или уменьшены почти вдвое.
Защита от КЗ и перегрузки
Устройство может работать от линейного напряжения (380 В), если применить трансформатор с первичной обмоткой на это напряжение. Схема легко может быть дополнена защитой от перегрузки и короткого замыкания с помощью геркона или трансформатора тока (рис.2 и рис.3).
Рис. 2
На рис.2 обозначены:
- К1 — пускатель;
- К2 — реле блокировки импульсов;
- КЗ — токовое реле;
- РТ1, РТ2 — реле времятоковой защиты.
Обмотка реле КЗ при мощности нагрузки до 20 кВт представляет собой несколько витков провода соответствующего сечения вокруг геркона К3.1, а при большей мощности — токопроводящую шину, с расположенным на ней герконом (под некоторым углом, но не параллельно шине). Блокировка импульсов снимается кратковременным отключением питания устройства.
Рис. 3
Задание тока отсечки
Благодаря высокой помехоустойчивости переменный резистор регулятора может быть заменен двумя-тремя последовательно включенными регулирующими элементами (рис.3). Например: грубой (R2, расположенный у шпинделя наплавочного станка) и точной регулировки (R5, расположенный на пульте управления, в безопасной зоне) или один — ручной регулятор скорости транспортера или степени нагрева печи, а в качестве второго — позистор (терморезистор с положительным ТКС), для автоматического ограничения нагрева печи или для слежения за нагревом радиатора, подшипника и т.п. В эту же цепь можно добавить постоянный резистор для ограничения выпрямленного напряжения, температуры или скорости сверху. Причем случайный обрыв этой цепи в любом месте не вызывает аварии, а только останавливает работу устройства. Схема не критична к длине проводов в ее составе; не следует слишком увлекаться расстоянием между транзисторами Т1 и Т2 и длиной провода, соединяющего базы этих транзисторов с резистором R3.
Работа с реактивной нагрузкой
Регулятор может работать как на активную нагрузку, так и на реактивную: в случае большой индуктивности в цепи выпрямленного напряжения ток самоиндукции замыкается через диоды (этим объясняется несимметричное расположение элементов моста, к тому же, в этом случае можно использовать готовые диодные и тиристорные полумосты). Для повышения надежности устройства, желательно управляющие переходы силовых тиристоров зашунтировать любыми малогабаритными диодами (рис.4), последовательно с каждым тиристором не помешает включить минимальную индуктивность (например, в виде ферромагнитного кольца вокруг шины), а сам тиристор зашунтировать снабберной цепочкой R21C21. Последние две рекомендации — это для очень больших мощностей, хотя защищать тиристоры от превышения допустимой скорости нарастания напряжения на них надо стремиться всегда.
Рис. 4
Работа с активной нагрузкой (нагревателем)
Для малых мощностей (до 2 кВт) регулятор можно еще упростить и удешевить, изъяв силовые диоды и тиристоры, а большие радиаторы заменить меньшими или (при мощности до 300 Вт) вообще обойтись без последних (рис.5).
Рис. 5
Если потребитель не нуждается в выпрямленном напряжении (например — нагреватель), то можно обойтись двумя силовыми ключами, включенными встречно-параллельно в разрыв одного из двух проводов (рис.6).
Рис. 6
Работа с нагрузкой в виде трансформатора
Силовые трансформаторы по приведенным выше схемам запитывать нежелательно: из-за неодинаковых характеристик тиристоров, возможно подмагничивание магнитопровода постоянной составляющей переменного тока, избежать которого можно только очень тщательным подбором силовых и управляющих элементов. Чтобы избежать этого, силовые трансформаторы необходимо запитывать через выпрямительный мост, в диагональ которого включен тиристор (рис.7).
Рис. 7
Литература
- Алексеев Г., Васильев Н. Тиристорный выпрямитель с регулируемым выходным напряжением // Радио. — 1971. — №12. — С.55.
- Винокуров Л. Регулятор повышенной мощности //Радио. — 1993. — №12. — С.10.
Автор: Александр Шуфотинский, г. Кривой Рог