Фазовый регулятор постоянного тока

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

1. Алексеев Г., Васильев Н. Тиристорный выпрямитель с регулируемым выходным напряжением // Радио. — 1971. — №12. — С.55.
2. Винокуров Л. Регулятор повышенной мощности //Радио. — 1993. — №12. — С.10.

Автор: Александр Шуфотинский, г. Кривой Рог