Процес комутації з застосуванням сімістора являє собою двотактний або двухполуперіодний варіант роботи тиристорного комутатора (рис. 10.4). Шум, що генерується схемою з сімістором, такий же, як в тиристорної схемою, оскільки спектр гармонік настільки ж широкий. Якщо обидві половини сімістора мають однакові потенціали запуску, то через силовий трансформатор не буде протікати постійна складова струму. Однак застосування сімістора не дозволяє підвищити низький коефіцієнт потужності, відповідний малим кутах провідності.

Рис. 10.4. Двухполуперіодної схема фазового управління з сімістором. Зверніть увагу на симетричну форму коливання. Це базова схема регуляторів сили світла. Зазвичай сімістори погано працюють з частотою вище 400 Гц, і тому рідко застосовувалися в джерелах постійної напруги або стабілізаторах. На вході зазвичай потрібно найпростіший фільтр, щоб запобігти проникненню шумів перемикання в мережу змінного струму.

Комутатор, що спрацьовує в момент перетину напругою нуля

Комутатор, блок-схема якого наведена на рис. 10.5, завдяки особливостям процесу перемикання дає мало побічних ефектів. Такий комутатор замикає і розмикає ланцюг не генеруючи помітних гармонік, не змінюючи коефіцієнт потужності і не насичуючи силовий трансформатор (якщо він використовується). В такому комутаторі не виникають різкі скачки струму, які зазвичай відбуваються, коли трансформатор підключають до джерела змінної напруги. У той же самий час, цей метод перемикання в повній мірі використовує переваги імпульсного способу регулювання, не розсіює потужність.

Рис. 10.5. Схема комутатора, що спрацьовує в момент перетину напругою нуля, для навантаження, що не вимагає малого часу перехідного процесу. Робота обмежена тим, що в навантаження поступає один або кілька повних періодів синусоїдальної напруги. Такий режим, який характеризується наявністю повних періодів змінної напруги (відомий як пакетна модуляція), істотно зменшує шум тиристорних комутаторів. Цей метод регулювання хороший для роботи з нагрівачами, він забезпечує плавне керування двигунами і продовжує термін життя ламп розжарювання.

Схема, показана на рис. 10.5, для комутації використовує включення і виключення сімістора точно в той момент, коли вхідна змінна напруга перетинає нульовий рівень. Гідність цього методу випливає з постулату Фур’є, що складається в тому, що синусоїдальна коливання є основою для отримання коливання будь-якої форми. Здійснюючи комутацію в момент проходження вхідного синусоїдального напруги через нуль, ми запобігаємо поява різких перехідних процесів; до навантаження надходить тільки основне синусоїдальна коливання. По правді кажучи, під час переходу з вимкненого стану до початкового наростання синусоїдальної напруги спостерігається невеликий перехідний процес, але шум, створюваний в цей момент значно менше, ніж під час різких перехідних процесів, що спостерігаються при спробі перемикати напругу в будь який інший час протягом періоду.

Пристрій, зображене на рис. 10.5, фактично включає в себе імпульсний стабілізатор, але не такий, який використовується для потужного електронного устаткування, оскільки він не перетворить вхідна змінна напруга струму в вихідний постійна напруга. Однак для таких типів навантаження, як нагрівальні елементи в печах з термостабілізації, ця схема виявляється надзвичайно корисною для стабілізації змінного струму. У цьому прикладі як датчика температури для схеми управління сімістором можна використовувати терморезистор. Температурна стабілізація здійснюється за допомогою сімісторний схеми, подає на нагрівальний елемент печі кілька повних періодів синусоїдальної напруги. Інерційність такого стабілізатора відносно велика, але в цьому і подібних йому випадках рідко потрібно малоінерційна стабілізація. Перевагами цього стабілізатора є високий к.к.д., відносна простота і малий рівень шуму, що дозволяє розміщувати його близько до чутливого електронного обладнання.

Хоча метод перемикання, використовує момент проходження напруги через нуль, стосовно синусоидальному напрузі доводить, що він «найчистіший», його не часто використовують в реальних імпульсних стабілізаторах. Такий спосіб комутації збільшує час перехідного процесу, яке набагато більше, ніж у лінійних стабілізаторів. Якщо, наприклад, синусоїдальна напруга з частотою 20 кГц подається на навантаження у вигляді груп по 10 повних періодів, то це рівнозначно наявності змінної напруги з частотою 2 кГц, оскільки час перехідного процесу не може бути коротше, ніж тривалість однієї групи періодів. Хоча в майбутньому можливий набагато більш високочастотний варіант такого стабілізатора, але до теперішнього часу тривалий перехідний процес був перешкодою на шляху застосування цього методу стабілізації джерел, що використовуються для живлення електронних схем.

і

Комутація постійної напруги

Один з найбільш бажаних методів комутації постійних напруг використовує електронний еквівалент простого однополюсного механічного вимикача. Переривання струму, поточного крізь це пристрій, призводить до появи великого рівня шуму, але його можна придушити за допомогою відносно простих фільтрів. Комутатор, показаний на рис. 11.1 А, формує на навантаженні імпульсна напруга, і хоча можна визначити середнє значення напруги для послідовності імпульсів, це не більше, ніж загальне поняття. Якби не деякі додатки, в яких не пред’являються вимоги до форми напруги, такі як заряд акумуляторів, еквівалентність між імпульсною потужністю і середнім значенням була б скоріше академічної, ніж практичною.

Значне поліпшення досягається шляхом введення в схему конденсатора, як показано на рис. 11.1В. Пилкоподібний сигнал складається з відрізків експонент, що описують заряд і розряд конденсатора фільтра. Якщо ємність конденсатора досить велика, то мінімальне значення напруги ніколи не опускається до нуля і через навантаження дійсно тече постійний струм. Ця проста схема має багато переваг, щоб рекомендувати її, але, тим не менш, залишилося багато небажаних властивостей. Наприклад, якщо Ви хочете зменшити пульсації напруги змінного струму, накладені на постійну напругу, то буде потрібно конденсатор дуже великої місткості. Крім вартості і великих розмірів, такий конденсатор призведе до надмірного уповільнення перехідних процесів в стабілізаторі. Звичайно, можна збільшити частоту перемикань, що також призведе до зменшення пульсацій, але гарантією може бути тільки суттєве поліпшення характеристики фільтра, оскільки при збільшенні частоти підвищуються дисипативні втрати в самому комутаторі. Миттєві значення струму в конденсаторі можуть бути високими, подібно кидку струму в випрямлячах при включенні джерела харчування.

Джерело: І.М.Готтліб Джерела живлення. Інвертори, конвертори, лінійні і імпульсні стабілізатори. Москва: Постмаркет, 2002. – 544 с.