Основным элементом однофазного регулятора является тиристорный симистор, он представляет собой два встречно-параллельно включенных тиристора, при помощи, которых нагрузка подсоединяется к цепи переменного тока (рисунок 16.1).
Рисунок 16.1 - Схема однофазного регулятора переменного напряжения
Фазовые методы регулирования базируются на управлении действующим значением переменного напряжения на нагрузке путем изменения длительности открытого состояния одного из включенных встречно-параллельно тиристоров в течение полупериода частоты сети. При фазовом методе частота выходного напряжения соответствует частоте питающей сети, а регулирование производится путем изменения формы кривой выходного напряжения и тока. Форма тока зависит от характера нагрузки. Рассмотрим простой случай, когда 
. Нагрузка чисто активная характерная для электротермических установок и ламп накаливания.
Фазовое регулирование возможно с отстающим углом управления 
; с опережающим углом управления ; либо с тем и другим (двустороннее фазовое управление).
Фазовое регулирование с отстающим углом управления. Временная диаграмма (рисунок 16.2) иллюстрирует фазовое регулирование с отстающим углом управления . Тиристоры поочередно открываются в интервале положительной полуволны напряжения, приложенного к их анодам в момент прихода импульса тока 
в цепь управляющего перехода. Тиристоры закрываются в точках естественной коммутации 
, 
, 
.
Рисунок 16.2 - Временная диаграмма фазового метода с отстающим углом управления
Зависимость действующего значения напряжения на нагрузке 
от угла управления называется регулировочной характеристикой 
, определяется из уравнения
. (16.1)
При нахождении интеграла учтем, что
(16.2)
Получим
. (16.3)
Как видно из временной диаграммы угол сдвига первой гармонической составляющей тока 
, относительно питающего напряжения 
. В этом заключается некоторый парадокс: нагрузка чисто активная, а ток отстает от напряжения, что характерно для индуктивной нагрузки.
Фазовое регулирование с опережающим углом управления. Работа регулятора с опережающим углом возможна только за счет принудительной коммутации, когда тиристор закрывается в интервале положительной полуволны питающего напряжения. Эту задачу решают заменой однооперационных тиристоров на двухоперационные или на силовые транзисторные ключи.
Рисунок 16.3 - Временная диаграмма фазового метода
с опережающим углом управления
Временная диаграмма (рисунок 16.3) иллюстрирует фазовое регулирование с опережающим углом управления . Тиристоры поочередно открываются в начале положительной полуволны напряжения приложенного к их анодам в момент прихода положительных импульсов тока в цепь управляющего перехода (точки 0,2,4). Тиристоры закрываются с опережением в момент прихода отрицательных импульсов тока в цепь управляющего перехода (точки 1,3). Таким образом, формируется последовательность разнополярных импульсов напряжения, действующее значение которой зависит от угла управления , и определяется уравнением регулировочной характеристики
. (16.4)
Как видно из временной диаграммы первая гармоническая составляющая тока, потребляемая из сети, опережает напряжение 
, что говорит о том, что нагрузка носит емкостный характер.
Фазовое регулирование с двухсторонним управлением. Работа регулятора с двухсторонним фазовым управлением также возможна только при принудительной коммутации. Временная диаграмма (рисунок 16.4) иллюстрирует двухстороннее фазовое управление.
Рисунок 16.4 - Временная диаграмма фазового метода
с двухсторонним управлением
При двухстороннем управлении из синусоидального напряжения выделяется центральная часть. Открытие тиристора происходит с запаздыванием на угол , а закрытие - с опережением на этот угол. Коммутация происходит под действием управляющих импульсов тока. Зависимость действующего значения выходного напряжения определяется выражением
. (16.5)
Форма тока, потребляемая от сети при чисто активной нагрузке, совпадает с формой выходного напряжения. Фазовый сдвиг между питающим напряжением и первой гармонической составляющей тока 
.
Регулировочные характеристики рассмотренных преобразователей показаны на рисунке 16.5.
Рисунок 16.5 - Регулировочные характеристики: 1 - с отстающим и с опережающим углом управления; 2 - с двухсторонним управлением
Для всех случаев среднее значение тока через тиристор принимает максимальное значение при 
и равно
,
а максимальное значение обратного напряжения 
.
Часто нагрузкой регулятора переменного напряжения служит асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Нагрузка носит практически чисто индуктивный характер. На частоте сети индуктивное сопротивление в сотни раз больше активной составляющей. В регуляторах, работающих на индуктивную нагрузку, в основном применяются регуляторы с отстающим углом управления. Это объясняется простотой управления и возможностью использовать однооперационные тиристоры. При работе на индуктивную нагрузку меняется форма токов, как показано на рисунке 16.6.
Рисунок 16.6 - Временная диаграмма работы
регулятора переменного напряжения при индуктивной нагрузке
По временной диаграмме можно проследить, что в точке 1 на тиристор VT1 поступает управляющий импульс, который смещен относительно напряжения на угол . Тиристор открывается, и ток через индуктивность начинает медленно возрастать (интервал 1-2). В индуктивности происходит накопление энергии. В точке 2 тиристор остается открытым за счет тока, который создает индуктивность (интервал 2-3), отдавая энергию в нагрузку. Если не учитывать потери на активном сопротивлении нагрузки, то тиристор будет открыт на интервале 
. В точке 4 открывается тиристор VT2, он будет открыт на интервале 4-6. Здесь на интервале 4-5 индуктивность запасает энергию, а на интервале 5-6 отдает ее в нагрузку. Далее процессы повторяются. Если уменьшать , то интервал проводимости тиристоров увеличится, а при 
, тиристоры будут открыты в течение половины периода. Ток примет синусоидальную форму и будет сдвинут относительно напряжения 
(форма тока показана пунктиром).Уравнение регулировочной характеристики имеет вид
, (16.8)
из этого уравнения видно, что при все напряжение 
будет приложено к нагрузке 
. Минимальный угол, при котором тиристоры открыты в течение , называется критическим. При 
форма напряжения и тока через нагрузку не изменяется. Регулировочная характеристика для случая чисто индуктивной нагрузки показана на рисунке 16.7.
Рисунок 16.7 - Регулировочные характеристики:
1- с чисто активной нагрузкой (
); 2- с чисто индуктивной нагрузкой (
)
2-
