Среднее профессиональное образование а. В. Грищенко, В. В. Стрекопытов электрические машины и преобразователи подвижного состава

Коммутация тиристоров преобразователей напряжения. Для принудительного запирания 
тиристора, включенного в цепь постоянного тока, приходится применять специальные меры. 
Выключить тиристор можно, уменьшая прямой ток ниже значения тока удержания, но в этом 
случае время запирания тиристора будет относительно большим. Чтобы закрыть тиристор в 
течение минимального времени, к нему нужно приложить обратное напряжение. Тиристор 
запирается с помощью искусственной (принудительной) коммутации, которая 
осуществляется кратковременным пропусканием через него тока в обратном направлении. В 
результате чего его анодный ток уменьшается до значения тока выключения. Обратный ток и 
напряжение могут быть получены от специального источника постоянного тока, но в 
большинстве случаев этим источником является предварительно заряженный конденсатор, 
называемый коммутирующим. Если для выключения силовых тиристоров используются 
специальные коммутирующие тиристоры, то коммутация называется искусственной. В этом 
случае для выключения силовых тиристоров на коммутирующие тиристоры подают 
управляющие импульсы. В тех случаях, когда снижение тока силового тиристора происходит 
в результате колебательного процесса в контуре коммутации без применения 
коммутирующих тиристоров, говорят о естественной коммутации. 
По скорости замедления тока разряда конденсатора различают системы с мгновенной и 
замедленной коммутацией. В системах с замедленной коммутацией производные тока 
ограничиваются индуктивностью коммутирующих реакторов. 
При искусственной коммутации к тиристорам предъявляют ряд требований: 
иметь минимальные значения времени включения (менее 10 мкс) и выключения (менее 25 
мкс); иметь по возможности близкие электрические параметры; выдерживать значительные 
скорости нарастания тока (более ЮОА/мкс) и напряжения (более 100 В/мкс). Для этой цели 
лучше всего подходят тиристоры ТЧ (высокочастотные) и ТБ (быстродействующие). 
Коммутирующие конденсаторы также должны обеспечивать при разряде высокую скорость 
нарастания тока, большую амплитуду и надежно работать при высокой температуре. 
Применяя искусственную коммутацию, можно создавать бесконтактные выключатели и 
переключатели постоянного тока, автономные инверторы, преобразователи частоты в 
устройствах импульсного регулирования напряжения. В схеме рис. 10.30, а запирание 
тиристора VS1 обусловлено резонансным характером нагрузки в его цепи. При отпирании 
тиристора VS1 рабочий ток, проходящий через него, заряжает конденсатор С с полярностью, 
указанной на схеме в скобках. Затем рабочий ток в колебательном контуре, образованном 
реактором L и конденсатором С, спадает до нуля. Конденсатор перезаряжается (полярность 
указана без скобок), его ток изменяет свое направление, тиристор VS1 запирается. Время, в 

---

125 / 203 
течение которого тиристор VS1 находится в открытом состоянии, равно половине периода 
собственных колебаний резонансного контура: t = π√LC. Нагрузка R
н
может быть включена 
как параллельно конденсатору С, так и последовательно с резонансным контуром LC. В 
схеме на рис. 10.30, б запирание тиристора VS1 также происходит из-за резонансного 
изменения направления проходящего через него тока, но это осуществляется с помощью 
вспомогательного LC-контура. До включения тиристора VS1 конденсатор С заряжается 
(полярность указана в скобках). Когда тиристор VS1 открывается, он шунтирует контур LC, 
конденсатор С перезаряжается через реактор L и его полярность изменяется на обратную (эта 
полярность указана без скобок). Во время этого процесса через тиристор VS1 протекают два 
тока – ток нагрузки и ток перезаряда конденсатора. Вначале эти два тока совпадают по 
направлению, затем ток разряда конденсатора начинает протекать через тиристор VS1 в 
направлении, противоположном току нагрузки. Когда суммарный ток падает до нуля и затем 
изменяет свое направление, тиристор VS1 закрывается. Для увеличения продолжительности 
открытого состояния тиристора VS1 при искусственной коммутации в таких схемах иногда 
используют реакторы или автотрансформаторы с нелинейной индуктивностью (с 
насыщающимися сердечниками, имеющими прямоугольную петлю гистерезиса). 
Рассмотренные способы коммутации широко используются в автономных инверторах и 
регуляторах, служащих для частотно-импульсного регулирования напряжения. На схеме рис. 
10.30, в тиристор VS1 запирается параллельно подключенными конденсатором С и 
тиристором VS2. Переключение тиристоров производится устройством управления, 
импульсы которого подаются поочередно на управляющие электроды тиристоров VS1 и 
VS2. Когда тиристор VS1 открыт, через резистор R
н2
и конденсатор С протекает ток заряда и 
на конденсаторе устанавливается полярность, указанная в скобках. При отпирании тиристора 
VS2 конденсатор С разряжается на тиристор VS1 в направлении, противоположном 
протеканию тока нагрузки, и тиристор VS1 запирается. После закрытия тиристора VS1 
конденсатор С начинает заряжаться через резистор R
нl
и приобретает противоположную 
полярность. При повторном открытии тиристора VS1 происходит перезаряд конденсатора С. 
Он разряжается на тиристор VS2, вследствие чего этот тиристор запирается. Этот способ 
коммутации тиристоров широко применяется в автономных инверторах. На схеме рис. 10.30, 
г запирание силового тиристора VS1, включенного в цепь нагрузки R
н
, осуществляется 
коммутирующим конденсатором С или LC-контуром, подключаемым к тиристору VS1 
коммутирующим тиристором VS2 малой мощности. Перезаряд коммутирующего 
конденсатора С происходит через цепочку, содержащую индуктивность L и диод VD1. 
Предварительно открытием коммутирующего тиристора VS2 конденсатор С заряжается 
через нагрузочный резистор R
н
и приобретает полярность, указанную в скобках. Затем 
открывается силовой тиристор VS1 и происходит перезаряд конденсатора через резонансный 
контур, образованный конденсатором Си индуктивностью L. Если бы в этот контур не был 
включен диод VD1, то происходил бы непрерывный процесс заряда и разряда конденсатора, 
и ток в контуре изменял бы свое значение и направление с резонансной частотой. Однако 
диод VD1 не позволяет этому току изменять свое направление. Поэтому происходит лишь 
однократный перезаряд конденсатора С, и он приобретает полярность, указанную на схеме 
без скобок. При повторном включении коммутирующего тиристора VS2 конденсатор С 
разряжается на силовой тиристор VS1, и он закрывается. При этом конденсатор С снова 
перезаряжается через нагрузочный резистор R
н
и приобретает первоначальную полярность, 
т.е. оказывается подготовленным для нового цикла работы. Этот способ коммутации широко 
применяется в регуляторах, которые служат для широтно-импульсного регулирования 
напряжения. 

---

126 / 203 
Рис. 10.30. Схемы коммутации тиристоров. 
а – естественная коммутация; б – с помощью дополнительного LC-контура; 
в – с помощью коммутирующего конденсатора С, 
г – с помощью коммутирующего тиристора VS2; 
д – с помощью дополнительного источника напряжения GB 
В схеме рис. 10.30, д силовой тиристор VS1 запирается импульсами тока, которые подаются 
от внешнего источника напряжения. В простейшем случае в качестве ключа, 
подключающего к тиристору VS1 источник обратного напряжения GB, может служить 
транзистор VT1. Можно также подавать импульс обратного тока от внешнего импульсного 
генератора через трансформатор тока, включенный последовательно с нагрузкой. 
Контрольные вопросы 
1. Назовите области применения однофазных и трехфазных выпрямителей переменного 
напряжения. 
2. Назовите способы уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. 
3. Назовите характерные особенности работы управляемых выпрямителей. 
4. В чем состоит принцип работы инверторов тока и напряжения? 
5. Назовите особенности групповой работы силовых полупроводниковых приборов.