Тиристорски електрични погон

У индустрији се широко користе актуатори са контролисаним полупроводничким вентилима - тиристори. Тиристори се производе за струје до стотине ампера, за напоне до 1000 волти или више. Одликује их висока ефикасност, релативно мала величина, велика брзина и способност рада у широком опсегу температура околине (од -60 до +60 ° Ц).

Тиристор није потпуно управљив уређај, који се укључује применом одговарајућег потенцијала на контролну електроду, а искључује се само принудним прекидом струјног кола услед прекида напона, његовог природног преласка кроз нулу или пригушења. напон супротног предзнака. Променом времена напајања контролног напона (његовог кашњења) можете подесити просечну вредност исправљеног напона а самим тим и брзину мотора.

Просечна вредност исправљеног напона у одсуству регулације углавном је одређена склопним кругом тиристорског претварача. Кола претварача су подељена у две класе: нулто повлачење и премошћено.

У инсталацијама средње и велике снаге углавном се користе склопови мосних претварача, што углавном из два разлога:

• мањи напон на сваком од тиристора,

• одсуство компоненте константне струје која протиче кроз намотаје трансформатора.

Кола претварача се такође могу разликовати по броју фаза: од једне у инсталацијама мале снаге до 12-24 у моћним претварачима.

Све варијанте тиристорских претварача уз позитивна својства, као што су ниска инерција, недостатак ротирајућих елемената, мање (у поређењу са електромеханичким претварачима) по величини, имају низ недостатака:

1. Чврсто повезивање на мрежу: све флуктуације напона у мрежи се преносе директно на погонски систем и оптерећење се повећава, осе мотора се одмах преносе у мрежу и изазивају струјне ударе.

2. Низак фактор снаге при смањењу напона.

3. Генерисање виших хармоника, оптерећење на електроенергетској мрежи.

Механичке карактеристике мотора који покреће тиристорски претварач одређене су напоном који се примењује на арматуру и природом његове промене са оптерећењем, односно спољашњим карактеристикама претварача и параметрима претварача и мотора.

Уређај и принцип рада тиристора

Тиристор (слика 1, а) је четворослојни силицијумски полупроводник са два пн споја и једним н-п спојем. Величина струје Аз која пролази кроз тиристор под дејством анодног напона Уа зависи од струје Аз при проласку регулације кроз контролну електроду под дејством контролног напона Уи.

Ако не постоји контролна струја (Ази = 0), онда како се напон У повећава, струја А у колу корисника П ће се повећати, међутим, остајући веома мала вредност (слика 1, б).

Пиринач. 1. Блок дијаграм (а), струјно-напонска карактеристика (б) и конструкција (ц) тиристора

У овом тренутку, н-п спој укључен у непроводном правцу има висок отпор. При одређеној вредности Уа1 анодног напона, која се назива напон отварања, паљења или уклопног напона, долази до лавинског слома блокирајућег слоја.Његов отпор постаје мали и јачина струје расте до вредности одређене у складу са Омовим законом отпором Рп. корисника П.

Како се струја Иу повећава, напон Уа опада. Струја Иу, при којој напон Уа достигне најнижу вредност, назива се струја И са корекцијом.

Тиристор се затвара када се уклони напон Уа или када му се промени предзнак. Називна струја И тиристора је највећа просечна вредност струје која тече у правцу напред и која не изазива неприхватљиво прегревање.

Називни напон Ун назива се највећи дозвољени амплитуда напона при коме је обезбеђена дата поузданост уређаја.

Пад напона ΔНестворен називном струјом назива се називни пад напона (обично ΔУн = 1 — 2 В).

Вредност јачине струје Иц корекције флуктуира у границама од 0,1 — 0,4 А при напону Уц 6 — 8 В.

Тиристор се поуздано отвара са трајањем импулса од 20 — 30 μс. Интервал између импулса не би требало да буде мањи од 100 μс. Када напон Уа падне на нулу, тиристор се искључује.

Спољни дизајн тиристора је приказан на сл.1, в… На бази бакра 1 шеснаеста силицијумска четворослојна структура 2 са репом са навојем, са негативном снагом 3 и контролом 4 излаза. Силиконска конструкција је заштићена цилиндричним металним кућиштем 5. Изолатор је фиксиран у кућишту 6. Навој у основи 1 служи за уградњу тиристора и за повезивање извора анодног напона на позитивни пол.

Како се напон Уа повећава, контролна струја потребна за отварање тиристора се смањује (види слику 1, б). Струја контролног отварања је пропорционална напону регулационог отварања уио.

Ако се Уа мења по синусоидном закону (слика 2), онда се тражени напон и 0 отвор могу приказати испрекиданом линијом. Ако је примењени управљачки напон Уи1 константан и његова вредност је испод минималне вредности напона ууо, онда се тиристор не отвара.

Ако се управљачки напон повећа на вредност Уи2, тиристор ће се отворити чим напон Уи2 постане већи од напона уио. Променом вредности уу можете променити угао отварања тиристора у опсегу од 0 до 90°.

Пиринач. 2. Тиристорско управљање

За отварање тиристора под угловима изнад 90 ° користи се променљиви контролни напон уи, који се мења, на пример, синусно. На напону који одговара пресеку синусног таласа овог напона са тачкастом кривом ууо = ф (ωт), Тиристор се отвара.

Померањем синусоиде уио хоризонтално удесно или улево, можете променити угао ωт0 отварања тиристора. Ова контрола угла отварања назива се хоризонтална. Изводи се помоћу посебних фазних прекидача.

Померањем истог синусног таласа вертикално горе или доле, такође можете променити угао отварања. Такво управљање се назива вертикалним. У овом случају, са контролом променљивог напона тии алгебарски додајте константан напон, на пример напон Уи1... Угао отварања се подешава променом величине овог напона.

Једном отворен, тиристор остаје отворен до краја позитивног полупериода и контролни напон не утиче на његов рад. Ово такође омогућава примену импулсне контроле периодичним применом позитивних контролних импулса напона у право време (слика 2 доле). Ово повећава јасноћу контроле.

Променом угла отварања тиристора на овај или онај начин, на корисника се могу применити напонски импулси различитих облика. Ово мења вредност просечног напона на терминалима корисника.

За управљање тиристорима користе се различити уређаји. У шеми приказаној на сл. 3, напон наизменичне мреже се примењује на примарни намотај трансформатора Тп1.

Пиринач. 3. Управљачки круг тиристора

У секундарно коло овог трансформатора укључен је пуноталасни исправљач Б.1, Б2, Б3, Б4 са значајном индуктивношћу Л у колу једносмерне струје. Практична таласна струја је практично елиминисана. Али таква једносмерна струја се може добити само пуноталасним исправљањем наизменичне струје која има облик приказан на сл. 4, а.

Дакле, у овом случају, исправљач Б1, Б2, Б3, Б4 (види слику 3) је претварач у облику наизменичне струје. У овој шеми, кондензатори Ц1 и Ц2 се смењују у серији са правоугаоним струјним импулсима (слика 4, а).У овом случају, на плочама кондензатора Ц1 и Ц2 (слика 4, б), формира се попречни напон тестере, примењен на базе транзистора Т1 и Т2 (види слику 3).

Овај напон се назива референтни напон. Једносмерни напон Уи такође делује у главном колу сваког транзистора. Када је напон тестере нула, напон Уи ствара позитивне потенцијале на базама оба транзистора. Сваки транзистор се отвара базном струјом при негативном базном потенцијалу.

Ово се дешава када се испостави да су негативне вредности референтног напона тестере веће од Уи (слика 4, б). Овај услов је испуњен у зависности од вредности Уи при различитим вредностима фазног угла. У овом случају, транзистор се отвара на различите временске периоде, у зависности од величине напона Уи.

Пиринач. 4. Дијаграми управљачких напона тиристора

Када се један или други транзистор отвори, правоугаони струјни импулс пролази кроз примарни намотај трансформатора Тр2 или Тр3 (види слику 3). Када предња ивица овог импулса прође, у секундарном намотају се јавља импулс напона, који се примењује на контролну електроду тиристора.

Када задњи део струјног импулса прође кроз секундарни намотај, јавља се напонски импулс супротног поларитета. Овај импулс је затворен полупроводничком диодом која заобилази секундарни намотај и не примењује се на тиристор.

Када се тиристори контролишу (види слику 3) са два трансформатора, генеришу се два импулса, фазно померених за 180 °.

Системи управљања тиристорским мотором

У тиристорским управљачким системима за ДЦ моторе, промена напона ДЦ арматуре мотора се користи за контролу његове брзине. У овим случајевима обично се користе вишефазне шеме исправљања.

На сл. 5, а најједноставнији дијаграм ове врсте приказан је пуном линијом. У овом колу сваки од тиристора Т1, Т2, Т3 је повезан у серију са секундарним намотајем трансформатора и арматуре мотора; НС. итд. ц) секундарни намотаји су ван фазе. Због тога се импулси напона који су фазно померени један према другом примењују на арматуру мотора приликом управљања углом отварања тиристора.

Пиринач. 5. Тиристорски погонски кругови

У полифазном колу, повремене и континуиране струје могу да прођу кроз арматуру мотора, у зависности од изабраног угла паљења тиристора. Реверзибилни електрични погон (слика 5, а, цело коло) користи два сета тиристора: Т1, Т2, Т3 и Т4, Т5, Т6.

Отварањем тиристора одређене групе мењају смер струје у арматури електромотора и, сходно томе, правац његове ротације.

Преокретање мотора може се постићи и променом смера струје у намотају поља мотора. Такав реверс се користи у случајевима када није потребна велика брзина јер намотај поља има веома велику индуктивност у поређењу са намотајем арматуре. Такав обрнути ход се често користи за тиристорске погоне главног кретања машина за сечење метала.

Други сет тиристора такође омогућава извођење режима кочења који захтевају промену смера струје у арматури електромотора.Тиристори у погонским круговима који се разматрају служе за укључивање и искључивање мотора, као и за ограничавање струје покретања и кочења, елиминишући потребу за коришћењем контактора, као и реостата за покретање и кочење.

У ДЦ тиристорским погонским колима енергетски трансформатори су непожељни.Они повећавају величину и цену инсталације, па често користе коло приказано на сл. 5 Б.

У овом колу, паљење тиристора контролише контролна јединица БУ1. Прикључује се на трофазну струјну мрежу, чиме се обезбеђује напајање и усклађивање фаза контролних импулса са анодним напоном тиристора.

Тиристорски погон обично користи повратну спрегу брзине мотора. У овом случају се користе тахогенератор Т и међутранзисторски појачавач УТ. Такође се користе повратне информације путем е-поште. итд. ц) електромотор, који се остварује истовременим дејством негативне повратне спреге на напон и позитивне повратне спреге на струју арматуре.

За подешавање струје побуде користи се тиристор Т7 са управљачком јединицом БУ2. При негативним полупериодима анодног напона, када тиристор Т7 не пропушта струју, струја у ОВД наставља да тече због е. итд. ц) самоиндукција, затварање кроз бајпас вентил Б1.

Тиристорски електрични погони са контролом ширине импулса

У разматраним тиристорским погонима мотор се напаја импулсима напона са фреквенцијом од 50 Хз. Да бисте повећали брзину одзива, препоручује се повећање фреквенције импулса.Ово се постиже код тиристорских погона са контролом ширине импулса, где правоугаони једносмерни импулси различитог трајања (латитуде) са фреквенцијом до 2-5 кХз пролазе кроз арматуру мотора. Поред брзог одзива, таква контрола обезбеђује велике опсеге контроле брзине мотора и веће енергетске перформансе.

Код контроле ширине импулса, мотор се напаја неконтролисаним исправљачем, а тиристор повезан серијски са арматуром се периодично затвара и отвара. У овом случају, ДЦ импулси пролазе кроз арматурно коло мотора. Промена трајања (латитуде) ових импулса резултира променом брзине ротације електромотора.

Пошто у овом случају тиристор ради на константном напону, за његово затварање користе се посебна кола. Једна од најједноставнијих шема контроле ширине импулса приказана је на Сл. 6.

Пиринач. 6. Тиристорски електрични погон са контролом ширине импулса

У овом колу, тиристор Тр се искључује када се укључи пригушни тиристор Тр. Када се овај тиристор отвори, напуњени кондензатор Ц се празни до Гуша Др1, стварајући значајан е. итд. ц. У овом случају се на крајевима пригушнице појављује напон који је већи од напона У исправљача и усмерен ка њему.

Преко исправљача и шант диоде Д1 овај напон се доводи на тиристор Тр и доводи до његовог искључивања. Када се тиристор искључи, кондензатор Ц се поново пуни на прекидачки напон Уц > У.

Због повећане фреквенције струјних импулса и инерције арматуре мотора, пулсна природа напајања практично се не одражава на глаткоћу ротације мотора. Тиристори Тр и Тр се отварају посебним кругом померања фазе који омогућава промену ширине импулса.

Електроиндустрија производи различите модификације потпуно регулисаних тиристорских једносмерних погона. Међу њима су погони са опсегом контроле брзине 1:20; 1: 200; 1: 2000 променом напона, неповратних и реверзибилних погона, са и без електричног кочења. Управљање се врши помоћу транзисторских фазно-импулсних уређаја. Погони користе негативне повратне информације о броју обртаја мотора и бројачу е. са

Предности тиристорских погона су високе енергетске карактеристике, мала величина и тежина, одсуство било какве ротирајуће машине осим електромотора, велика брзина и стална спремност за рад.Главни недостатак тиристорских погона је њихова још увек висока цена која знатно премашује цена погона са електричном машином и магнетним појачавачима.

Тренутно постоји стабилан тренд ка широкој замени тиристорских једносмерних претварача са погони наизменичне струје променљиве фреквенције.