Справочник радиолюбителя

Ура тиристорам, или наш ответ слоеному Чемберлену!

В данном материале предлагается схема включения 4-слойных полупроводниковых структур при работе на нагрузку с индуктивной составляющей и обосновывается утверждение, что подобное использование их вполне возможно. Очевидно, вопреки утверждению автора в [1], что тиристоры списывать со счетов еще рано, скорее всего, нужен просто более взвешенный подход с учетом свойств полупроводниковых приборов.

В [1] был опубликован материал, который показался крайне интересным с теоретической и практической точки зрения. С одной стороны, желание автора [1] во всем разобраться и на все вопросы дать однозначный ответ, безусловно, заслуживает всяческих похвал, но, с другой стороны, как будет показано ниже, в затронутой теме не все так просто и однозначно. Ну а теперь все по порядку.

Все началось с того, что нужно было срочно отремонтировать зарядно-буферное устройство типа ЗБУ-12/10, схема которого показана на рис. 1, а описание дано в [4]. Вскрытие показало, что сгорела сетевая обмотка понижающего трансформатора, которая состоит из двух полуобмоток (1-2, 3-4) по 475 витков провода ПЭВ диаметром 0,8 мм. Эти полуобмотки включены последовательно, выдерживают даже напряжения 380 В в сети. Хотя данное положение нигде не документируется, далее станет ясно, откуда появилось подобное утверждение. Понижающий трансформатор имеет тип магнитопровода ПЛ, набран из Г-образных пластин, сетевая обмотка намотана на отдельной оправке. Вторичная обмотка также намотана на отдельной оправке, имеет 8+48+48+8 витков (19-20-23-26-27) провода ПБД диаметром 2,26 мм. В качестве выпрямителя использовалась схема со средней точкой и диоды Д242А, установленные на пластинчатом радиаторе площадью 280 см2. Поверх сетевой обмотки намотана секционированная обмотка с шестью парными выводами (7-13, 8-14, 9-15, 10-16, 11-17, 12-18). Кроме того, на разомкнутом сердечнике, набранном также из Г-образных пластин, имеется дополнительная обмотка (28-29), намотанная проводом ПЭВ диаметром 0,8 мм (524 витка). Разомкнутый сердечник набран встык с зазором 0,5 мм к ПЛ-сердечнику силового трансформатора. Подобная система была разработана с целью регулировки, стабилизации и поддержания тока в нагрузке и тока заряда аккумуляторов, работающих в буферном режиме в системах железнодорожной автоматики, и зарекомендовала себя, как надежная и неприхотливая. Подобные устройства работают на просторах бывшего СССР по 30… 40 лет без выхода из строя.

Ремонтно-технологический участок наотрез отказался ремонтировать ЗБУ-12/10, выдвинув при этом не менее десятка причин своего отказа, поэтому пришлось самостоятельно искать выход из положения. Самой большой проблемой было отсутствие обмоточного провода. Было принято решение отказаться от релейной системы регулировки и стабилизации тока заряда аккумуляторов, от дополнительных обмоток и дросселя. Дополнительная обмотка, имеющая 524 витка провода ПЭВ диаметром 0,8 мм, была использована в качестве сетевой. На нее было домотано необходимое количество провода до получения общего количества 570 витков. Разомкнутый сердечник и релейная система автоматики были удалены, а вместо них применен тиристорный регулятор. Расчетная габаритная мощность трансформатора в стали составляет примерно 850 ВА. После сборки сердечника и измерений тока «холостого хода» трансформатора были получены следующие результаты. При напряжении 220 В – 65 мА, при 230 В – 75 мА, при 240 В – 95 мА. Как видно, результат оказался вполне приемлемым. Отсюда был сделан вывод, что заводская намотка 2×475 витков, включенных последовательно, вполне безболезненно допускала появление на входе устройства 380 В при аномалиях в сети.

В своем окончательном варианте схема ЗБУ имеет вид, показанный на рис.2, а само ЗБУ имеет вид, показанный на рис.3,4. Так как в переделанном виде зарядно-буферное устройство предполагалось использовать для зарядки двух включенных последовательно стартерных аккумуляторов, то вместо двухполупериодного выпрямителя со средней точкой используется 35-амперная диодная сборка – мостовой выпрямитель. Регулировка зарядного тока производится в первичной обмотке. На этом этапе было решено подтвердить (или опровергнуть) утверждения автора в [1].

На самом же деле проблему удалось осветить под иным углом. Для упрощения схемы, как упоминалось выше, регулировку зарядного тока было решено производить включенным в первичку тиристорным регулятором. Для этого пришлось отказаться от симисторов и встречно включенных тиристоров, а применить диодный мост и тиристор, включенный на его выходе. Сделано это было для того, чтобы проверить теорию, предполагающую, что тиристор, работающий с помощью диодного моста на обе полуволны, является симметричным самому себе и не может, работая на индуктивность, значительно искажать форму напряжения. Данное утверждение построено на том, что наибольшее влияние на искажение напряжения оказывает влияние не столько его форма, сколько площадь каждой полуволны, а также пресловутая «ступенька» – явление, известное более из теории и практики аудиоусилителей и характеризующее правильность стыковки полуволн синусоиды при переходе через ноль.

Управляет работой регулятора микросхема КР1182ПМ1, которая имеет внутри детектор нуля [2, 3]. При этом был измерен ток «холостого хода» трансформатора. Все измерения напряжения производились прибором DT-182, а тока – Ц4352. При максимальном сопротивлении между выводами 3 и 6 микросхемы и напряжении в сети 230 В ток «холостого хода» трансформатора составил 85 мА. Заметьте, 75 мА без тиристорного регулятора (см. выше) и 85 мА с ним. Никаких 10-кратных или 5-кратных, или даже 2-кратных скачков. Для чистоты эксперимента дальнейшие опыты решено было продолжить с трансформатором итальянского производства мощностью 800 ВА (рис.5). Его ток «холостого хода» при напряжении 230 В составил 85 мА. При включении в сеть 220 В / 50 Гц через вышеуказанный тиристорный регулятор ток «холостого хода» составил 95 мА. Так как «итальянец» имел вывод обмотки на 380 В, то был сделан замер и на этой позиции. Ток «холостого хода» составил с регулятором и без 25 мА.

Все это подтвердило выдвинутое предположение о том, что самым страшным явлением при работе тиристора на индуктивность является неодинаковое ограничение положительной и отрицательной полуволн, а также всплески тока «холостого хода» трансформатора из-за «недо-мотки» первичной обмотки. Об этом подробно написано в [5]. При этом трансформатор начинает «стучать», происходит резкое возрастание уровня гармоник и, как следствие, скачкообразное увеличение тока «холостого хода» трансформатора. Такова предлагаемая на всеобщее рассмотрение теория. Она, конечно, может и спорная, но есть факт, свидетельствующий в ее пользу. Нужно упомянуть, что стоимость тиристора и диодного моста выше одного симистора или двух тиристоров, но иного выхода нет.

Очевидно, вопреки утверждению автора в [1], что тиристоры списывать со счетов еще рано, скорее всего, нужен просто более взвешенный подход с учетом свойств полупроводниковых приборов, недопустимо применение неких упрощенно-примитивных схем управления триаками, в которых отсутствуют «ноль-органы».