Power Electronics

Задача.
Сеть коммутируется симистором, нагрузка до 10 кВт включена через трансформатор или автотрансформатор.
Управление симистором токовое во избежание бестоковых пауз, вялых включений и прочей фигни ввиду серьезности задачи, однополярным отрицательным током.
Диапазон нагрузок 0 - 10кВт.
Проблема.
При ХХ в нагрузке симистор работает только на трансформатор/автотрансформатор, при этом наблюдается значительная асимметрия тока нагрузки, вплоть до серьезного поднасыщения трансформатора. При этом ток управления (пару сот миллиампер) превышает ток ХХ трансформатора (сотня миллиампер).
Как поступать?
Паровозное управление симистором (по току) принимается только при серьезной мотивации.
Спасибо.

А какой симистор используется? Обычно, если симистор управляется требуемым по даташиту постоянным током Igt, то практически превращается в симметричный диод.
В крайнем случае ситуацию можно поправить, если, для управления более мощным симистором, использовать симистор помельче, который включается, через низкоомное сопротивление (около 5-10ом, 2Вт), между вторым анодом и управляющим электродом. В этом случае, на малых токах, практически работает более симметричный мелкий симистор, так как для мощного уже не хватает тока управления.

Симисторная сборка, кристалл - аналог ТС142.
Проблема в диапазоне токов нагрузки.
При нагрузке до 50А проблем нет, все по торе.
При малых токах (точнее, при отсутствии нагрузки) ток управления превышает ток нагрузки. Переходить на пропорционально-токовое управление по аналогии с биполярными ключами просто абсурд.
При включении паровозом симистора помельче и мощного симистора возникает проблема с бестоковой паузой, обусловлненной током конечным удержания как минимум одного из симисторов.
Характер нагрузки м. б. и чисто реактивный, т. е. в момент закрывания симистора возможна реакция нагрузки.

Запорожское производство? Может быть в этой сборке ещё что-то есть(имеется в виду опторазвязка), кроме кристалла ТС142?
При непрерывном управлении обычно ни каких проблем с токами удержания не возникает (симистор показывает нулевое сопротивление даже при прозвонке тестером).

Ну о каком оптоуправлении может идти речь, если симистор управляется током в переход структуры.
Проблема в асимметрии структур симистора для положительного и отрицательного напряжений между силовыми электродами при неизменной полярности тока управления.

100мА это серьёзное насыщение?

Можно было бы схемку какую-то нарисовать, а то я знаю что у вас там куда идёт!?

Ну, если вы так прекрасно во всём разобрались, то в чём проблема? Как говорится, флаг в руки!

Ток ХХ 100мА при подключении к сети, при измерении параметров трансформатора.
В результате подмагничивания пик тока единицы ампер, однополярный.
О схеме.
источник тока -300мА включен в управляющий переход симистора, зашунтирован резистором 680 Ом.
Другими словами, управляющий переход открыт постоянно током управления, прямым смещением перехода G - T1, для работы во 2 и 3 квадрантах.

Задам вопрос по-другому.
Склоняюсь к мысли о переходе на управление знакопеременным током. Есть ли альтернатива в данном случае?
Неужели я первый наступил на эти грабли?

Так что, трудно испытать?
К сожалению нет под рукой ТС142.
Возьмём для примера BTA41, который имеет ток управления 50мА в 1,2,3 квадрантах и 100мА в 4-том. Даём отрицательный ток 100мА (2,3) и меряем прямое падение для обоих полярностей (тестовый ток, допустим 1мА). Получаем 0.36В(+ на А2) и 0.42В(- на А2). Теперь разворачиваем ток управления (1,2) и получаем 0.75В(+ на А2) и 0.73В(- на А2).
Вывод -> в данном случае, при однополярном управлении разница в падениях меньше, чем при разнополярном! Так же сомнительно, что разница в падениях величиной 0.02...0.06В может вызвать существенное подмагничивание трансформатора!

Боюсь показаться неприличным, но сошлюсь на книгу с картинками
http://www.radiomaster.net/djvu/book/Triaks.djvu стр.30-32
Де-факто напряжение на управляющем электроде G относительно Т1 представляет собой меандр ( с частотой сети ) , приположительном напряжении на Т2 напряжение управления уменьшается до нуля
таким образом в управляющий электрод действительно ответвляется ток нагрузки, компенсируя во встречном направлении ток управления
вот такие грабли

Книжка полезная и хороша для получения общих понятий о работе симистора. Но к настоящему времени наработано огромное количество подобных структур. При этом решались задачи полного (4-х квадрантного) управления симистором, двухполярной симметрии, устойчивочти к ударным токам и т.д.. Практически каждая фирма производитель комплектующих для силовой электроники имеет кучу патентов на подобное добро. Лезть в это специализированную область, значить или менять свою специальность или терять время. Мы это хозяйство должны использовать и поэтому производитель даёт нам рекомендации в виде справочных данных, при этом либо вообще не давая информацию по внутренней структуре, либо давая её в сильно утрированном виде (их можно понять, т.к. дело касается интеллектуальной собственности). Если есть проблемы но нет информации, то информацию можно или запросить у производителя или получить в результате корректного эксперимента.

об экспериментальных результатах я уже докладывал
теперь интересный документ, рекомендации от производителя симисторов
пытался впихнуть в атттачмент, но не получилось, поэтому просто цитирую:
Рекомендации по поставкам СПП для применения в стабилизаторах напряжения.

В стабилизаторах напряжения СПП используются в качестве ключей переменного тока для коммутации отводов обмотки трансформатора. Работа СПП в таком режиме накладывает ряд дополнительных требований к их параметрам по сравнению с работой на активную нагрузку или электродвигатель. Эти требования обусловлены необходимостью симметрии полуволн тока, проходящих через обмотку трансформатора в прямом и в обратном направлении. В противном случае происходит намагничивание сердечника трансформатора, приводящее к появлению выбросов напряжения на СПП и их пробою, особенно при работе стабилизатора на холостом ходу.
В качестве ключей переменного тока в в стабилизаторах напряжения используются следующие СПП:
- модули МТТ, МТСТС, МТОТО или МГТСО;
- триаки ТС142 или оптотриаки ТСО142.
Необходимо отметить, что при использовании оптоприборов практически всегда требуются приборы с группой «А».
Основными параметрами СПП, которые могут приводить к несимметричности полуволн тока, являются неравенство параметров цепи управления и тока удержания либо элементов модуля, либо триака в третьем и четвертом квадрантах (при отрицательном токе управления и переменном напряжении на силовой цепи). Учитывая, что отпирающий ток управления и ток удержания СПП практически прямо пропорциональны, при изготовлении СПП для стабилизаторов можно ограничиться следующими требованиями по параметрам:
1. Для СПП с электрическим управлением:
- отпирающий ток управления - не более 100 мА;
- разность значений отпирающих токов управления элементов модуля или триака в третьем и в четвертом квадрантах – не более 50 %;
- разность значений падения напряжения управляющий электрод – катод при токе управления 150 мА - не более 50 %;
- величина падения напряжения управляющий электрод – катод при токе 150 мА – не более 3,0 В.
2. Для СПП с оптическим управлением:
- отбор на технологическом уровне приборов с отпирающим током управления не более 50 мА (для увеличения запаса на деградацию светодиода);
- разность значений отпирающих токов управления элементов модуля или триака в двух направлениях – не более 50 %.
Учитывая практически круглосуточную работу стабилизаторов, проводить выборочный контроль стабильности токов утечки.
Потребителям рекомендовать к применению СПП не ниже 8 класса и, в случае применения СПП с электрическим управлением, работу с токами управления от 250 мА до 300 мА.

Где?

(Видимо имелось в виду, что отпирающий ток управления - не менее 100 мА).
Несмотря на то, что используется рекомендованный производителем ток управления 300мА, ключ остаётся достаточно несимметричным!
В данном случае можно послать производителя вместе с его продукцией или попытаться разобраться с проблемой. Я бы выбрал первый вариант. Во втором случае нужно сделать нечто подобное тому, что уже описывалось, только для требуемого тока нагрузки, скажем 100мА.
Более корректно будет если заставить симистор коммутировать переменный ток, включив его последовательно с лампочкой 20...40Вт на 220В. Сначала отпираем его постоянным однополярным током 300мА, затем отпираем его синфазным переменным (через вторую лампочку 40...60Вт) током. При этом меряем падение напряжения на симисторе обычным тестером, настроенным на измерение постоянного напряжения. Тестер будет показывать среднее значение асимметричности.
Потом полученное значение асимметричности делишь на омическое сопротивление обмотки трансформатора и определяешь ток подмагничивания. Зная количество витков обмотки трансформатора и длину средней магнитной силовой линии, можно определить степень фатальности полученного тока подмагничивания.

Есть симистор от производителя
есть узел управления с режимами согласно рекомендаций производителя симистора
есть проблема подмагничивания магнитопровода
эксперимент с лампочкой будет как минимум нечестным, поскольку она не является нагрузкой реактивного характера
управление током с электрода Т2 недопустимо по причине того, что при переходе напряжения сети через 0 ( в общем случае при переходе тока) симистор закрывается и сеть перестает быть источником напряжения ( выходное сопротивление возрастает до бесконечности)
Выводы:
1. Управление должно осуществляться от внешнего источника тока
2. Ввиду провоцирования асимметрии структуры симистора управляющий ток должен быть знакопеременным
Вопросы:
1. Это единственный путь решения проблемы?
2. Изменение полярности тока управления должно быть синфазно напряжению или току нагрузки??

Смотри шесть постов выше! Управление знакопеременным током не спасает от асимметричности (по крайней мере для BTA41)

Изменение полярности тока управления должно быть синфазно с напряжением приложенным к симистору

Смотрел.
Не знаю, насколько корректно сравнивать по характеристикам управления 4-х и 3-хквадратнтую структуры. Не специалист в области структур силовых полупроводников.
Меня скорее интересует не конструкция граблей, сколько экспертный опрос набивших синяки. Поводом для надувания щек послужило название форума :-/

Однозначно?
При непрогнозируемом характере нагрузки?
Если нагрузка будет в основном реактивного характера, при синфазном к напряжению управлении смена квадрантов управления будет происходить при максимальном токе. Готично ли?