Тиристорный источник постоянного тока

Когда заходит речь о тиристорных источниках, многие сразу представляют себе допотопные шкафы с рубильниками — но на деле это до сих пор единственный вариант для гальванических линий, где нужны сотни ампер без пульсаций. Иногда вижу, как молодые инженеры пытаются заменить их импульсными блоками, а потом удивляются, почему ванны электролиза начинают 'плеваться'.

Почему тиристоры выжили в эпоху IGBT

В 2018 году мы как раз тестировали серию TPC-6000 от ООО Хэбэй Тонгке — там стояла классическая схема с фазовым регулированием через тиристорный источник постоянного тока. Помню, как главный технолог ругался: 'Опять эти гармоники!' Но когда подключили осциллограф, оказалось, что при правильной компоновке силового щита коэффициент пульсаций не превышает 1.5% даже на 500А.

Кстати, про пульсации — есть нюанс, о котором редко пишут в спецификациях. Если нагрузка индуктивная (скажем, электромагниты в металлургии), то тиристорный привод стабильнее любого транзисторного. Мы в цеху как-то поставили эксперимент: два одинаковых выпрямителя, один на IGBT, другой на Т-161. Через месяц на тиристорах подгорели только два контакта, а на транзисторах пришлось менять весь модуль.

Недавно смотрел каталог на tongke.ru — у них в разделе 'Источники постоянного тока' до сих пор 70% моделей используют тиристорные схемы. И это при том, что компания выпускает и импульсные блоки. Видимо, спрос определяют не мода, а требования к надёжности.

Типичные ошибки при монтаже

Самая частая проблема — неправильный подбор сетевого дросселя. Как-то раз на алюминиевом заводе в Красноярске подключили тиристорный источник напрямую к щиту без реактивной компенсации. Через две недели трансформатор начал гудеть на низких частотах — пришлось экстренно ставить LC-фильтры.

Ещё момент: многие забывают про температурный режим тиристорных сборок. В тех же выпрямителях от Тонгке рекомендуется принудительное охлаждение уже от 200А, но некоторые монтажники экономят на вентиляторах. Результат — летом 2021 года нашем цеху выгорела группа вентилей из-за перегрева подшипников вентилятора.

Зато если всё собрано по уму, такие источники работают десятилетиями. У нас до сих пор в эксплуатации стоит советский ТЭМ-500 — 1987 года выпуска! Конечно, там уже три раза меняли тиристоры, но силовая часть конструкции осталась оригинальной.

Особенности настройки систем управления

Современные регуляторы типа МИК-31 позволяют точно выставлять угол открытия тиристоров, но тут есть подводные камни. Например, при работе с высокоиндуктивной нагрузкой лучше использовать несимметричное управление — это снижает броски тока при коммутации.

Помню, как в 2020 налаживали линию цинкования на заводе в Подольске. Инженеры из Китая (кстати, оттуда же, где и ООО Хэбэй Тонгке) показывали нам фирменную систему стабилизации тока. Интересное решение — они используют двойную обратную связь: по напряжению и по току, с переключением в зависимости от состояния нагрузки.

Кстати, про китайские компоненты — многие их критикуют, но те же тиристоры серии КП от Тонгке показали себя вполне достойно. У нас в тестах они выдерживали перегрузки до 180% от номинала, правда, с обязательным условием хорошего охлаждения.

Сравнение с импульсными источниками

В прошлом месяце как раз проводили сравнительные испытания для гальванической линии. Импульсный блок питания на 1000А занимал втрое меньше места, но при длительной работе с цинкованием начались проблемы с ЭМС — помехи влияли на контроллеры температуры ванн.

А вот тиристорный источник постоянного тока той же мощности от tongke.ru хоть и требовал отдельный шкаф, но зато не создавал помех. Правда, КПД у него ниже — около 85% против 93% у импульсного. Но для производств, где электроэнергия — не основная статья расходов, это не критично.

Интересный компромисс — гибридные схемы. Видел у китайских коллег решение, где первая ступень — тиристорный выпрямитель, а вторая — высокочастотный преобразователь. Говорят, сочетает преимущества обеих технологий, но сам пока не тестировал.

Ремонтопригодность и обслуживание

Вот где тиристорные системы вне конкуренции — так это в ремонтопригодности. Когда в прошлом году сгорел модуль в импульсном блоке, пришлось ждать замену из Германии три недели. А тиристорный источник постоянного тока можно починить буквально 'на коленке' — достаточно иметь запасные тиристоры и диоды.

Кстати, про диоды — в современных схемах их часто ставят параллельно тиристорам для улучшения массогабаритных показателей. Но это усложняет диагностику. Мы как-то полдня искали причину падения напряжения, а оказалось — пробит один из диодов в обратной ветви.

Для сложных случаев у ООО Хэбэй Тонгке есть хорошая практика — они предоставляют схемы с пометками 'критические точки контроля'. Это очень помогает при профилактике. Недавно по их рекомендации заменили группу конденсаторов в фильтре — и источник заработал как новый, хотя ему уже семь лет.

Перспективы развития

Судя по последним выставкам, производители не собираются отказываться от тиристорных технологий. Те же китайские компании, включая tongke.ru, продолжают модернизировать системы управления — сейчас появились модели с цифровыми регуляторами и сетевыми интерфейсами.

Интересное направление — использование SiC-тиристоров. Пока это дорого, но на тестах в 2023 году такие элементы показали на 30% меньшие потери при коммутации. Думаю, через пару лет они появятся в серийных изделиях.

Лично я считаю, что тиристорный источник ещё долго будет востребован в тяжёлой промышленности. Особенно там, где важна не компактность, а способность работать в жёстких условиях — при высокой температуре, вибрации, запылённости. Наша практика это подтверждает — из последних десяти закупленных источников восемь были тиристорными.