AC-ключ на тиристорах с защитными TVS-диодами.

[Андрей_Andrey]

Здравствуйте уважаемые специалисты! Всех с наступившим Новым Годом 2024![/b]

Возникла необходимость применять в домашних целях (электро-мельница) однофазный электродвигатель мощностью 3 кВт от сети 220 вольт.
Сразу оговорю, двигатель изначально изготовлен для работы в однофазных сетях 220 вольт и прекрасно работает при сетевом напряжении 200-230В.
Однако у меня в сети часто бывает плохое напряжение около 170В, что маловато. Но есть трансформатор способный повысить напряжение до требуемого уровня 220-235В, что было опробовано при подключенном и нагруженном электродвигателе.

Чтобы в щитовой не срабатывали автоматы защиты (25A характеристика С), трансформатор нужно включать в сеть в момент, когда сетевое напряжение в максимуме. Причем не важно, под нагрузкой трансформатор или нет. Поскольку напряжение опережает по фазе ток на трансформаторе на 90 град. и включение в момент максимума напряжения не позволяет сердечнику войти в насыщение.

Подключать трансформатор планирую AC-ключом по схеме встречно-параллельного соединения мощных тиристоров skkt92/12e. Подобные применения, встречно-параллельного соединения мощных тиристоров встречал довольно много, например, также для применения в трехфазных сетях.

scale_1200.jpg

(50.93 КБ) 109 скачиваний

На моей схеме для коммутации управляющих электродов использую средней мощности симистор BT136-800E, который будет управляться оптосимистором без функции переключения в нуле напряжения.

Triac.jpg

(206.35 КБ) 80 скачиваний

Но есть серьезные опасения, что в момент включения при максимуме входного напряжения пойдет очень большой ток Imax на управляющий электрод тиристора, что вызовет его разрушение. Чтобы этого избежать предлагаю установить TVS-диоды 1N6377 на 14В с импульсными токами до 70A.

Будут ли данные диоды в момент включения тиристора стабилизировать напряжение на управляющем электроде на уровне 14В тем самым ограничив ток Ig в момент включения до Ubc/(Rg+R2) =14В/(20Ом+5.1Ом)= 0,6А?
Где Rg = 20 Ом это внутреннее сопротивление между управляющим электродом и катодом, R2=5.1 Ом токоограничивающий резистор.

Учитывая, что время полного открытия тиристора составляет 3-6 мкс. величину напряжения Ubc можно считать постоянной. Импульсная мощность будет равна Ig* Ig* Rg = 0,6*0,6*20= 7,2 Вт, что вполне допустимо в течении 3-6 мкс.
Избыточный ток Io по идее должен пройти через TVS диод. Сразу после открытия тиристора и все последующие периоды тиристоры будут открываться без участия TVS диодов так как требуемый ток открытия будет достигаться при напряжении Igt*( Rg+ R2+R4) = 0,15А*(20+5.1+5.1)=4.5В . Где Igt минимальный ток тиристора при котором он гарантированно откроется, R4 токоограничивающий резистор, выбирается в зависимости от типа TVS диода.

У кого есть опыт использования TVS диодов, подскажите, допустимо ли такое применение?
Может есть другие методы более правильного построения AC-ключа по схеме встречно-параллельного соединения мощных тиристоров с управлением одним симистором?
В перспективе планирую сделать для дома стабилизатор напряжения на тиристорах skkt92/12e так имеются у меня в наличии.
Управлять каждым тиристором через трансформаторы будет довольно сложно и громоздко для стабилизатора поэтому хотелось бы использовать управление двумя
тиристорами с помощью одного симистора.

Я полагаю, что если не использовать TVS-диоды а обычные скажем 1n4007, как приводят в типовых схемах, то ток в момент включения Imax составит импульсные Uac /( Rg + R2+R4) = 240/(20Ом+5.1Ом+5.1Ом) = 8 А, а пиковая мощность 8*8*20=1280 Вт что очень много.
Что посоветуете?...

[vlasovzloy]

А на каком принципе диммеры работают? У них ничо не сгорает например

[BOB51]

Квартирная проводка такого не выдержит. Возможно возгорание в розетках и/или коммутационных коробках (на скрутках).

[Андрей_Andrey]

Спасибо, что откликнулись!
Отвечаю BOB51.
Я живу в частном секторе. У меня есть гараж и туда специально проложена проводка с медными жилами сечением 6 кв. мм.
Вся система тянет пот току не более 19-20 А. Все работает с запасом.

[>TEHb<]

Какие-то противоречивые тезисы. Если провода позволяют, то и поставить автомат побольше.
Сколько у того тиристора вообще допустимый ток управляющего? Что-то сходу не могу найти.

[Андрей_Andrey]

vlasovzloy, Спасибо, что уделили время.
У диммеров ничего не сгорает по управлению так как в их конструкции устанавливается между управляющим электродом и катодом
конденсатор заданной емкости, к которому подключен резистор ограничивающий ток заряда и соответственно время зарядки. Если, к примеру, будет подано сетевое
напряжение в максимуме синуса на управляющем электроде симистора не будет резкого броска тока так как в момент времени t=0 сопротивление конденсатора 0. Тиристор
откроется только тогда, когда напряжение на конденсаторе возрастет до величины при которой тока управления будет достаточно для открытия тиристора.
А это все время на зарядку конденсатора за которое пройдет максимум синусоиды напряжения, в котором как раз и нужно чтобы ключ сработал.

Но в принципе может: использовать конденсатор, компромиссной по величине емкости, вместо TVS-диодов, например чтобы конденсатор успевал зарядится где-то вблизи
максимума синуса. Скажем датчик нуля синуса отследил переход синуса через 0 и с задержкой в которой учтено время заряда конденсатора с помощью микроконтроллера подавать
сигнал на открытие тиристоров, чтобы они как раз открылись в максимуме напряжения.

Добавлено after 21 minute 14 seconds:
>TEHb<, Здравствуйте.
Ток управления при котором тиристор гарантировано открывается 150 мА. Читал статью по данным модулям, где рекомендовали брать импульс ток управления в 5 раз больше
тока включения то есть 750 мА при длительности импульса 100 мкс (0,1 мс)
А максимальный ток управления его в явном виде одной цифрой не приводят а дают график согласно которому импульс тока должен быть такой
величины, чтобы не был превышен лимит допустимой пиковой мощности потерь для импульсов с длительностью указанной на графике.

Добавлено after 6 minutes 14 seconds:
[uquote=">TEHb<",url="/forum/viewtopic.php?p=4527117#p4527117"]Какие-то противоречивые тезисы. Если провода позволяют, то и поставить автомат побольше.
Сколько у того тиристора вообще допустимый ток управляющего? Что-то сходу не могу найти.[/uquote]

Ток управления при котором тиристор гарантировано открывается 150 мА. Читал статью по данным модулям, где рекомендовали брать импульс ток управления в 5 раз больше
тока включения то есть 750 мА при длительности импульса 100 мкс (0,1 мс)
А максимальный ток управления его в явном виде одной цифрой не приводят а дают график согласно которому импульс тока должен быть такой
величины, чтобы не был превышен лимит допустимой пиковой мощности потерь для импульсов с длительностью указанной на графике.

[BOB51]

"...сигнал на открытие тиристоров, чтобы они как раз открылись в максимуме напряжения...."

[Андрей_Andrey]

BOB51, Совершенно верно. Только в данной ситуации возможно включение трансформатора без больших пусковых токов.

Добавлено after 3 hours 33 minutes 43 seconds:
[uquote="Андрей_Andrey",url="/forum/viewtopic.php?p=4527173#p4527173"]BOB51, Совершенно верно. Только в данной ситуации возможно включение трансформатора без больших пусковых токов.[/uquote]
При включении трансформатора в момент перехода синуса в нуле или около него сердечник войдет в насыщение
с последующим возникновением ударных токов. Наиболее благоприятное включение должно быть, когда синус напряжения в максимуме.
так как ток отстает на по фазе от напряжения на 90 град.

Очень хорошо изложен этот механизм в книге Холуянов Ф.И. Трансформаторы однофазного и трехфазного тока на стр 215-221.
Ознакомьтесь если интересно.

То что есть ограничение по времени между отключением нагрузки и ее повторным включением вполне очевидно. Но меня
интересует именно момент самого первого включения.

Как ограничить токи на управлении тиристоров в момент их включения?

Если есть дельные предложения - рад буду помощи.

[vlasovzloy]

Какие портянки ты пишешь, я не буду читать их. У диммеров хоть с мос хоть с дб9 ничо же не сгорает. Ты чото или неправльно готовишь или не в то отверстие кушаешь. Не бывает чудес

[BOB51]

Похоже есть две задачи -
включение разделительного трансформатора и
включение и разгон двигателя, к данному трансформатору подключаемого.

[Андрей_Andrey]

[uquote="vlasovzloy",url="/forum/viewtopic.php?p=4527271#p4527271"]Какие портянки ты пишешь, я не буду читать их. У диммеров хоть с мос хоть с дб9 ничо же не сгорает. Ты чото или неправльно готовишь или не в то отверстие кушаешь. Не бывает чудес[/uquote]
На форуме нужно уважительно вести диалог. Даже если у вас не достаточно знаний и нет понимания физики работы устройства, то это не повод
не достойно высказывать свою точку зрения.

Добавлено after 6 minutes 24 seconds:
[uquote="BOB51",url="/forum/viewtopic.php?p=4527295#p4527295"]Похоже есть две задачи -
включение разделительного трансформатора и
включение и разгон двигателя, к данному трансформатору подключаемого.
[/uquote]
В принципе вы правы, можно и так поступить. Для начала нужно правильно включить трансформатор без запредельных пусковых токов.

[Nowell75]

вы в первом сообщении привели правильную схему включения, можете резистор вместо 10 Ом поставить 50....а вот в своей схеме не нарисовали второй провод управления симистором...проблему вы придумали сами - симистор открывается тоже с конечной скоростью, по мере открывания будет возрастать ток управления силовым ключём и он сам откроется при подходящем токе....а если повесите к трансформатору лампочку 100 Вт, то вообще хорошо...
ТVS открывается только один раз, это не многоразовое ус-во

[Андрей_Andrey]

[uquote="Nowell75",url="/forum/viewtopic.php?p=4527393#p4527393"]вы в первом сообщении привели правильную схему включения, можете резистор вместо 10 Ом поставить 50....а вот в своей схеме не нарисовали второй провод управления симистором...проблему вы придумали сами - симистор открывается тоже с конечной скоростью, по мере открывания будет возрастать ток управления силовым ключём и он сам откроется при подходящем токе....а если повесите к трансформатору лампочку 100 Вт, то вообще хорошо...
ТVS открывается только один раз, это не многоразовое ус-во[/uquote]


Спасибо за пояснение. В том то и дело, что тиристор открывается с конечной скоростью. И если в этот момент синус напряжения будет в максимуме это напряжение будет приложено через токоограничивающий резистор (10-50 Ом) к управляющему электроду. Получается даже если в сети 170 В будет амплитуда 240 В. В итоге 240 / (50+24) = 3,2 А в импульсе. где 20 это сопротивление, которое установлено внутри тиристора между управлением и катодом. Но все последующие переключения тиристоров после запуска, когда они будут
сами по очереди переключатся, буду при напряжении 0,15*(50+24)= 11 В где 0,15 это ток включения тиристора. По этому в той схеме в стоит резистор 10 Ом чтобы в рабочем режиме
тиристоры по очереди открывались как можно раньше при 0,15*(10+24)= 5.1 В. Так сказать снизить "ступеньки" в напряжении при переключениях. Но это опасно большими
токами включения когда напряжение включения изначально в своем максимуме. Поэтому вы видимо и советовали поднять резистор с 10 Ом до 50 Ом.
На счет ТVS спасибо. Не знал, что они не применимы для частых переключений.

[КРАМ]

[uquote="Nowell75",url="/forum/viewtopic.php?p=4527393#p4527393"]ТVS открывается только один раз, это не многоразовое ус-во[/uquote]
Откуда столь странное утверждение?
У супрессоров есть вполне конкретная область безопасной работы. Выход их из строя является следствием неправильного расчета схемы.
[uquote="Андрей_Andrey",url="/forum/viewtopic.php?p=4527420#p4527420"]Не знал, что они не применимы для частых переключений.[/uquote]
Не просто применимы, а прекрасно работают в качестве снабберов ключа в обратноходовых преобразователях.
[uquote="Андрей_Andrey",url="/forum/viewtopic.php?p=4527173#p4527173"]При включении трансформатора в момент перехода синуса в нуле или около него сердечник войдет в насыщение
с последующим возникновением ударных токов. Наиболее благоприятное включение должно быть, когда синус напряжения в максимуме.
так как ток отстает на по фазе от напряжения на 90 град.[/uquote]
Это не просто бред. Это бред сивой кобылы.
Перед включением ВООБЩЕ НИКАКОГО ТОКА НЕТ. Просто потому, что цепь не замкнута. И потому говорить о сдвиге фазы тока относительно напряжения не имеет никакого смысла.
Сдвиг фаз образуется от импеданса ПОДКЛЮЧЕННОЙ нагрузки. 90 градусов будет лишь при подключении НЕНАГРУЖЕННОГО трансформатора. У нагруженного трансформатора сдвиг фаз на входе будет определяться импедансом нагрузки и для чисто активной нагрузки будет определяться индуктивностью рассеяния.
Про намагничивание.
Все с точностью до наоборот. Подключение в момент перехода НАПРЯЖЕНИЯ через ноль вызовет плавный рост тока, а наличие АКТИВНОЙ нагрузки обеспечит нулевой сдвиг фаз между током и напряжением. Включение в максимуме напряжения вызовет бросок тока, который и способен ввести сердечник в насыщение.
Все это элементарно наблюдать в любом симуляторе.
По поводу учебника Холуянова 1934 года издания. Автор местами пишет откровенную чушь:

Я не знаю в какой церковно-приходской школе его учили распространению бегущей волны по обмотке трансформатора.

[BOB51]

APPCHP6.PDF

(533.77 КБ) 56 скачиваний

MOC3051M_52M.pdf

(309.96 КБ) 41 скачивание

MOC3081_82_83 motorola.PDF

(291.9 КБ) 41 скачивание

[Андрей_Andrey]

Большое спасибо BOB51. Обязательно почитаю. С Рождеством Вас!

[Дмитрий М]

Что-то подобное с трансформатором было на работе очень давно. Решилось установкой проволочного резистора и пускателя параллельно ему с реле времени. Тиристоры на индуктивную нагрузку работают очень плохо, частично проблему решает ПРАВИЛЬНОЕ управление в виде импульсного открывающего сигнала с частотой сотни..тысячи герц и транформатором для формирования нужной формы импульсного сигнала. Но это непросто и сложно.

[Телекот]

сигнала с частотой сотни..тысячи герц и транформатором для формирования нужной формы импульсного сигнала. Но это непросто и сложно.

Это всё решаеться обычным управляемым бокин-генератором на одном транзисторе, резисторе и разделительного трансформатора.

[Нефертити]

[uquote="Телекот",url="/forum/viewtopic.php?p=4527603#p4527603"]Это всё решается обычным управляемым блокинг-генератором на одном транзисторе, резисторе и разделительного трансформатора.[/uquote]
Телекот, Вы когда-то публиковали эту схему, но рылся долго и упорно в топиках, так и не смог найти её.
Можете повторить эту схему, специально для таких пездарей, как я?

[Телекот]

Схему я дам только уже не помню данных трансформатора.