В аппаратах низкого напряжения, предназначенных для выполнения простых функций (коммутирование цепей, фазовое регулирование), широкое распространение нашли схемы управления тиристорами, выполненные на основе транзисторов и трансформаторов с насыщающимися магнитопроводами. Характерным для этих схем являются простота конструкции, высокая надежность и низкая стоимость.

Транзистор как управляемый элемент может быть использован в качестве формирователя импульсов, усилителя, фазового инвертора, логического элемента, порогового элемента при преобразовании выходных сигналов различных датчиков. Малая входная мощность, необходимая для схем управления на транзисторах, подается обычно с индикаторных цепей или с других цепей с большим выходным сопротивлением.

Широкими возможностями обладают транзисторные схемы в отношении формирования выходных сигналов с заданными параметрами импульсов. Схемы, реализующие одни и те же функции, могут быть выполнены на транзисторах различного типа и вида: p-n-p-типа, n-p-n-типа, однопереходных транзисторах, полевых оптронных транзисторах и др. Поэтому существует большое число разнообразных вариантов схем управления и отдельных их узлов, синхронизирующих устройств.

Тем не менее, большинство из них можно отнести к уже известным типовым схемам, таким, как мультивибратор с одним или двумя устойчивыми состояниями, блокинг-генератор, триггер Шмитта и др.

Мультивибратор с одним устойчивым состоянием применяется для формирования прямоугольных импульсов с заданной длительностью (рис. 114). Длительность импульса определяется выбором постоянной времени перезарядки конденсатора С. Для запуска схемы можно использовать короткие синхронизирующие импульсы. Схема сама возвращается к исходному состоянию.

Рис. 114. Схема транзисторного формирователя прямоугольных управляющих импульсов

Если сделать симметричные перекрестные связи между базой и коллектором транзисторов VT₁ и VT₂, то мультивибратор будет иметь два устойчивых состояния: включенный транзистор VT₁ и выключенный VТ₂ или выключенный VT₁ и включенный VТ₂. Входные сигналы чередующейся полярности при этом необходимо подавать на базовый вывод транзистора VT₁ или VТ₂.

Мультивибраторы с двумя устойчивыми состояниями способны включаться каскадно, как это происходит в кольцевых счетчиках. При таком режиме работы обеспечивается возможность сдвига выходных импульсов на заданную величину для управления тиристорами в многополюсном исполнении.

Аналогичные функции могут выполнять транзисторные схемы блокинг-генератора и триггера Шмитта. Поскольку триггер Шмитта генерирует импульсы с очень малым временем нарастания, он может использоваться в качестве выходного формирователя управляющих импульсов, при жестких требованиях к крутизне их фронта, например при управлении параллельно соединенными тиристорами.

На рис. 115 приведена простая схема управления аппаратом переменного тока, выполненным на базе симистора VS. Источником напряжения управления в схеме является двусторонний стабилитрон VD.

Транзистор VT включен в диагональ выпрямительного моста, что позволяет обеспечивать протекание тока управления через него при изменении полярности напряжения на симисторе. Включение и отключение схемы осуществляются соответственно подачей напряжения смещения на базу транзистора и его снятием.

Применение трансформаторов дросселей с насыщающимися магнитопроводами в системах управления аппаратами переменного тока обусловлено способностью этих магнитопроводов резко изменять индуктивное сопротивление обмоток. В зависимости от цели применения магнитопровод трансформатора может быть выполнен из материала с прямоугольной петлей гистерезиса или из магнитомягких материалов, у которых коэрцитивная сила составляет десятые доли ампера на сантиметр.

В схеме, показанной на рис. 116, трансформатор Т с магнитопроводом из материала с прямоугольной петлей гистерезиса включен в управляющую цепь последовательно с диодом VD₁ и резисторами R₁ и R₂. Если магнитопровод трансформатора насыщен, индуктивное сопротивление его вторичной обмотки малó и им можно пренебречь.

Рис. 115. Схема управления симметричным тиристором	Рис. 116. Схема управления на основе трансформатора с насыщающимся магнитопроводом

Поэтому в положительный полупериод напряжения (когда диод VD₁ смещен в прямом направлении) прикладываемое к тиристору и соответственно к управляющей цепи напряжение распределяется между резисторами R₁ и R₂. При R₁>>R₂ большая часть напряжения падает на резистор R₁. Напряжение на резисторе R₂ в этом состоянии недостаточно для того, чтобы включить тиристор VS. Если в отрицательный полупериод приложить сигнал (+) к управляющей обмотке трансформатора, как это показано на рис. 116, то магнитопровод будет выведен из состояния насыщения.

В начале следующего положительного полупериода в течение времени, пока магнитопровод вновь намагничивается до состояния насыщения, индуктивное сопротивление обмотки остается большим и на нем поддерживается напряжение, в несколько раз большее, чем при насыщенном магнитопроводе. Конденсатор С при этом заряжается. По достижении в магнитопроводе трансформатора насыщенного состояния сопротивление обмотки резко уменьшается и конденсатор С начинает разряжаться на резистор R₂ и входную цепь тиристора VS, обеспечивая его включение.

Таким образом, трансформатор, по существу, играет роль бесконтактного коммутатора цепи управления тиристора VS. Для периодического включения тиристора VS необходимо в интервале каждого отрицательного полупериода выводить магнитопровод трансформатора Т из насыщения с помощью управляющего импульса напряжения, подаваемого, например, от синхронизирующего устройства.

Выбор параметров трансформатора и соотношения сопротивлений резисторов R₁ и R₂ производится, исходя из того, что необходимое падение напряжения на управляющем электроде должно обеспечиваться в самом начале полупериода приложенного к тиристору VS напряжения.

Трансформаторы с насыщающимися магнитопроводами используются также в качестве синхронизирующих устройств в системах управления тиристорными аппаратами. Принцип реализации такого способа синхронизации поясняется функциональной схемой системы управления тиристорным блоком, которая приведена на рис. 117.

Трансформаторы Т1 и Т2 в ней включены последовательно с тиристорами в каждом из плеч силового блока. Это значит, что в первичных обмотках трансформаторов протекает выпрямленный пульсирующий ток. Если магнитопровод трансформатора изготовлен из магнитомягкого материала, характеристика которого имеет резко выраженную зону насыщения, то при синусоидальном токе в первичной обмотке магнитный поток меняется по трапецеидальной форме и во вторичной обмотке наводится ЭДС пикообразной (треугольной) формы. При однополупериодном выпрямлении тока, что имеет место в каждом плече тиристорного блока, разнополярные импульсные ЭДС возникают в начале полупериода тока и в конце его.

Рис. 117. Схема синхронизации на основе пик-трансформаторов

Первый положительный (условно) импульс является результатом резкого намагничивания магнитопровода до насыщения. Второй импульс соответствует выходу магнитопровода из режима насыщения в конце полупериода тока. Он фиксирует окончание проводимости тиристора в ветви и может быть использован для запуска формирователя управляющих импульсов (ФИ), с помощью которого осуществляется включение тиристора во встречно-параллельной ветви. В блоке синхронизации (БС) импульс треугольной формы преобразуется в прямоугольный или экспоненциальный, крутой фронт которого соответствует моменту перехода тока в нагрузке через нулевое значение.

Первоначальное включение силового блока осуществляется блоком запуска (БЗ) при воздействии на него импульсом напряжения UВ внешнего источника. Буквами БП обозначен блок питания.

Рассмотренный способ синхронизации управления тиристорным блоком по току отличается простотой и может использоваться в аппаратах низкого и высокого напряжения.