Tiristoriaus elektrinė pavara

Pramonėje plačiai naudojamos pavaros su valdomais puslaidininkiniais vožtuvais – tiristoriais. Tiristoriai gaminami iki šimtų amperų srovėms, iki 1000 voltų ar didesnei įtampai. Jie išsiskiria dideliu efektyvumu, santykinai mažu dydžiu, dideliu greičiu ir galimybe dirbti įvairiose aplinkos temperatūrose (nuo -60 iki +60 °C).

Tiristorius nėra visiškai valdomas įtaisas, kuris įjungiamas pritaikius atitinkamą potencialą valdymo elektrodui, o išjungiamas tik priverstinai nutraukus srovės grandinę dėl pertraukimo įtampos, jos natūralaus perėjimo per nulį arba amortizatoriaus tiekimo. priešingo ženklo įtampa. Keisdami valdymo įtampos tiekimo laiką (jos uždelsimą), galite reguliuoti vidutinę ištaisytos įtampos vertę, taigi ir variklio greitį.

Vidutinę ištaisytos įtampos vertę, kai nėra reguliavimo, daugiausia lemia tiristoriaus keitiklio perjungimo grandinė. Keitiklio grandinės skirstomos į dvi klases: nulinės ir tiltinės.

Vidutinės ir didelės galios įrenginiuose daugiausia naudojamos tilto keitiklių grandinės, daugiausia dėl dviejų priežasčių:

• mažesnė įtampa kiekviename iš tiristorių,

• nuolatinės srovės komponento, tekančio per transformatoriaus apvijas, nebuvimas.

Keitiklio grandinės taip pat gali skirtis pagal fazių skaičių: nuo vienos mažos galios įrenginiuose iki 12–24 galinguose keitikliuose.

Visi tiristorių keitiklių variantai kartu su teigiamomis savybėmis, tokiomis kaip maža inercija, besisukančių elementų trūkumas, mažesnio dydžio (palyginti su elektromechaniniais keitikliais), turi keletą trūkumų:

1. Kietas prisijungimas prie tinklo: visi įtampos svyravimai tinkle perduodami tiesiai į pavaros sistemą ir didėja apkrova, variklio ašys iš karto perkeliamos į tinklą ir sukelia srovės smūgius.

2. Mažas galios koeficientas reguliuojant įtampą žemyn.

3. Aukštesnių harmonikų generavimas, elektros tinklo apkrova.

Tiristoriniu keitikliu varomo variklio mechanines charakteristikas lemia armatūrai taikoma įtampa ir jos pasikeitimo pobūdis apkrovoje, tai yra, keitiklio išorinės charakteristikos ir keitiklio bei variklio parametrai.

Tiristoriaus įtaisas ir veikimo principas

Tiristorius (1 pav., a) – tai keturių sluoksnių silicio puslaidininkis su dviem pn sandūromis ir viena n-p sandūra. Srovės Az, praeinančios per tiristorių, veikiant anodo įtampai Ua, dydis priklauso nuo srovės Azjo metu, kai valdiklis eina per valdymo elektrodą, veikiant valdymo įtampai Uy.

Jei nėra valdymo srovės (Azy = 0), tai didėjant įtampai U, padidės srovė A vartotojo P grandinėje, tačiau liks labai maža (1 pav., b).

Ryžiai. 1. Blokinė schema (a), srovės-tampos charakteristika (b) ir tiristoriaus konstrukcija (c)

Šiuo metu n-p sandūra, įjungta nelaidžia kryptimi, turi didelį pasipriešinimą. Esant tam tikrai anodo įtampos vertei Ua1, vadinamai atidarymo, uždegimo arba perjungimo įtampa, įvyksta blokuojančio sluoksnio griūtis, jo varža tampa maža, o srovės stiprumas padidėja iki vertės, nustatytos pagal Omo dėsnį varža Rp. vartotojo P.

Didėjant srovei Iу, įtampa Ua mažėja. Srovė Iu, kuriai esant įtampa Ua pasiekia mažiausią reikšmę, vadinama srove I su korekcija.

Tiristorius užsidaro pašalinus įtampą Ua arba pasikeitus jos ženklui. Tiristoriaus vardinė srovė I yra didžiausia vidutinė srovės, tekančios į priekį, vertė, nesukelianti nepriimtino perkaitimo.

Nominalioji įtampa Un vadinama didžiausia leistina amplitudės įtampa, kuriai esant užtikrinamas duotas įrenginio patikimumas.

Vardinės srovės nesudarytas įtampos kritimas Δ vadinamas vardiniu įtampos kritimu (dažniausiai ΔUn = 1 — 2 V).

Pataisos srovės stiprio Ic vertė svyruoja 0,1–0,4 A ribose, kai įtampa Uc 6–8 V.

Tiristorius patikimai atsidaro, kai impulso trukmė yra 20–30 μs. Intervalas tarp impulsų turi būti ne mažesnis kaip 100 μs. Kai įtampa Ua nukrenta iki nulio, tiristorius išsijungia.

Išorinė tiristoriaus konstrukcija parodyta fig.1, v… Vario pagrindu pagaminta 1 šešioliktoji silicio keturių sluoksnių struktūra 2 su sriegine uodega, su neigiama galia 3 ir 4 išėjimų valdymu. Silicio konstrukcija apsaugota cilindriniu metaliniu korpusu 5. Izoliatorius tvirtinamas korpuse 6. Sriegis pagrinde 1 naudojamas tiristoriaus montavimui ir anodo įtampos šaltinio prijungimui prie teigiamo poliaus.

Didėjant įtampai Ua, tiristoriaus atidarymui reikalinga valdymo srovė mažėja (žr. 1 pav., b). Valdymo atidarymo srovė yra proporcinga valdymo atidarymo įtampai uyo.

Jeigu Uа kinta pagal sinusoidinį dėsnį (2 pav.), tai reikiama įtampa ir 0 anga gali būti pavaizduota punktyrine linija. Jei taikoma valdymo įtampa Uy1 yra pastovi ir jos reikšmė mažesnė už minimalią įtampos uuo reikšmę, tai tiristorius neatsidaro.

Jei valdymo įtampa padidinama iki reikšmės Uy2, tiristorius atsidarys, kai tik įtampa Uy2 taps didesnė už įtampą uyo. Keisdami uу reikšmę, galite pakeisti tiristoriaus atidarymo kampą nuo 0 iki 90°.

Ryžiai. 2. Tiristoriaus valdymas

Norėdami atidaryti tiristorių didesniu nei 90 ° kampu, naudojama kintamoji valdymo įtampa uy, kuri keičiasi, pavyzdžiui, sinusoidiškai. Esant įtampai, atitinkančiai šios įtampos sinusinės bangos susikirtimą su taškine kreive uuo = f (ωt), Tiristor atsidaro.

Perkeldami sinusoidę uyo horizontaliai į dešinę arba į kairę, galite pakeisti tiristoriaus atidarymo kampą ωt0. Šis atidarymo kampo valdymas vadinamas horizontaliu. Tai atliekama naudojant specialius fazių jungiklius.

Perkeldami tą pačią sinusinę bangą vertikaliai aukštyn arba žemyn, taip pat galite pakeisti atidarymo kampą. Toks valdymas vadinamas vertikaliuoju. Tokiu atveju su kintamos įtampos valdymu tyy algebriškai pridėti pastovią įtampą, pavyzdžiui, įtampą Uy1... Atidarymo kampas reguliuojamas keičiant šios įtampos dydį.

Atidarius tiristorius lieka atviras iki teigiamo pusciklo pabaigos, o valdymo įtampa neturi įtakos jo veikimui. Tai taip pat leidžia taikyti impulsų valdymą, periodiškai taikant teigiamus valdymo įtampos impulsus tinkamu laiku (2 pav. apačioje). Tai padidina valdymo aiškumą.

Vienaip ar kitaip keičiant tiristoriaus atsidarymo kampą, vartotojui gali būti taikomi įvairių formų įtampos impulsai. Tai keičia vidutinės įtampos vertę vartotojo gnybtuose.

Tiristoriams valdyti naudojami įvairūs prietaisai. Pagal schemą, parodytą pav. 3, kintamosios srovės tinklo įtampa yra prijungta prie transformatoriaus Tp1 pirminės apvijos.

Ryžiai. 3. Tiristoriaus valdymo grandinė

Į šio transformatoriaus antrinę grandinę įtrauktas pilnos bangos lygintuvas B.1, B2, B3, B4, kurio nuolatinės srovės grandinėje didelis induktyvumas L. Praktinė bangų srovė yra praktiškai pašalinta. Tačiau tokią nuolatinę srovę galima gauti tik ištaisius kintamąją srovę, kurios forma parodyta Fig. 4, a.

Taigi šiuo atveju lygintuvas B1, B2, B3, B4 (žr. 3 pav.) yra keitiklis kintamosios srovės pavidalu. Šioje schemoje kondensatoriai C1 ir C2 nuosekliai keičiasi su stačiakampiais srovės impulsais (4 pav., a).Šiuo atveju ant kondensatorių C1 ir C2 plokštelių (4 pav., b) susidaro skersinė pjūklinė įtampa, taikoma tranzistorių T1 ir T2 pagrindams (žr. 3 pav.).

Ši įtampa vadinama etalonine įtampa. Nuolatinė įtampa Uy taip pat veikia kiekvieno tranzistoriaus pagrindinėje grandinėje. Kai pjūklo įtampa lygi nuliui, įtampa Uy sukuria teigiamus potencialus abiejų tranzistorių bazėse. Kiekvienas tranzistorius atsidaro su bazine srove esant neigiamam baziniam potencialui.

Taip atsitinka, kai neigiamos pjūklo atskaitos įtampos vertės yra didesnės nei Uy (4 pav., b). Ši sąlyga įvykdoma priklausomai nuo Uy vertės esant skirtingoms fazės kampo vertėms. Tokiu atveju tranzistorius atsidaro įvairiems laikotarpiams, priklausomai nuo įtampos Uy dydžio.

Ryžiai. 4. Tiristorių valdymo įtampų schemos

Atsidarius vienam ar kitam tranzistoriui, per pirminę transformatoriaus apviją Tr2 arba Tr3 praeina stačiakampio formos srovės impulsas (žr. 3 pav.). Kai praeina šio impulso priekinis kraštas, antrinėje apvijoje atsiranda įtampos impulsas, kuris patenka į tiristoriaus valdymo elektrodą.

Kai srovės impulso galinė dalis praeina per antrinę apviją, atsiranda priešingo poliškumo įtampos impulsas. Šis impulsas uždaromas puslaidininkiniu diodu, kuris apeina antrinę apviją ir netaikomas tiristoriui.

Kai tiristoriai valdomi (žr. 3 pav.) dviem transformatoriais, generuojami du impulsai, fazinis poslinkis 180°.

Tiristorių variklių valdymo sistemos

Nuolatinės srovės variklių tiristorių valdymo sistemose variklio nuolatinės srovės armatūros įtampos pokytis naudojamas jo greičiui valdyti. Tokiais atvejais dažniausiai naudojamos daugiafazės ištaisymo schemos.

Fig. 5, o paprasčiausia tokio tipo diagrama parodyta ištisine linija. Šioje grandinėje kiekvienas iš tiristorių T1, T2, T3 yra nuosekliai sujungtas su transformatoriaus antrine apvija ir variklio armatūra; NS. ir tt c) antrinės apvijos yra nefazinės. Todėl, valdant tiristorių atsidarymo kampą, į variklio inkarą nukreipiami įtampos impulsai, kurie yra faziškai paslinkti vienas kito atžvilgiu.

Ryžiai. 5. Tiristorių pavaros grandinės

Daugiafazėje grandinėje per variklio inkarą gali praeiti pertraukiamos ir nuolatinės srovės, priklausomai nuo pasirinkto tiristorių uždegimo kampo. Reversinė elektrinė pavara (5 pav., a, visa grandinė) naudoja du tiristorių rinkinius: T1, T2, T3 ir T4, T5, T6.

Atidarydami tam tikros grupės tiristorius, jie keičia srovės kryptį elektros variklio armatūroje ir atitinkamai jo sukimosi kryptį.

Variklį taip pat galima pakeisti pakeitus srovės kryptį variklio lauko apvijoje. Toks reversas naudojamas tais atvejais, kai nereikia didelio greičio, nes lauko apvija turi labai didelę induktyvumą, palyginti su armatūros apvija. Toks atvirkštinis eiga dažnai naudojama metalo pjovimo staklių pagrindinio judesio tiristorių pavaroms.

Antrasis tiristorių rinkinys taip pat leidžia atlikti stabdymo režimus, kai reikia pakeisti srovės kryptį elektros variklio armatūroje.Tiristoriai nagrinėjamose pavaros grandinėse naudojami varikliui įjungti ir išjungti, taip pat apriboti paleidimo ir stabdymo sroves, todėl nereikia naudoti kontaktorių, taip pat paleidimo ir stabdymo reostatų.

Nuolatinės srovės tiristorių pavaros grandinėse galios transformatoriai yra nepageidautini.Jie padidina įrengimo dydį ir kainą, todėl dažnai naudoja grandinę, parodytą pav. 5 B.

Šioje grandinėje tiristoriaus uždegimą valdo valdymo blokas BU1. Jis prijungtas prie trifazio srovės tinklo, tokiu būdu tiekiant maitinimą ir suderinant valdymo impulsų fazes su tiristorių anodo įtampa.

Tiristoriaus pavara paprastai naudoja variklio greičio grįžtamąjį ryšį. Šiuo atveju naudojamas tachogeneratorius T ir tarpinis tranzistorinis stiprintuvas UT. Taip pat naudojamas atsiliepimas el. paštu. ir tt c) elektros variklis, realizuojamas vienu metu veikiant neigiamam grįžtamajam ryšiui apie įtampą ir teigiamą grįžtamąjį ryšį apie armatūros srovę.

Sužadinimo srovei reguliuoti naudojamas tiristorius T7 su valdymo bloku BU2. Esant neigiamiems anodo įtampos pusciklams, kai tiristorius T7 nepraleidžia srovės, srovė OVD toliau teka dėl e. ir tt c) savaiminė indukcija, užsidaranti per aplinkkelio vožtuvą B1.

Tiristorių elektrinės pavaros su impulsų pločio valdymu

Nagrinėjamose tiristorių pavarose variklis maitinamas įtampos impulsais, kurių dažnis yra 50 Hz. Norint padidinti atsako greitį, rekomenduojama padidinti impulsų dažnį.Tai pasiekiama tiristorių pavarose su impulsų pločio valdymu, kai per variklio inkarą praeina įvairios trukmės (platumos) stačiakampiai nuolatinės srovės impulsai, kurių dažnis yra iki 2-5 kHz. Be didelio greičio atsako, toks valdymas užtikrina didelius variklio greičio reguliavimo diapazonus ir didesnį energijos efektyvumą.

Su impulsų pločio valdymu variklis maitinamas nekontroliuojamu lygintuvu, o tiristorius, nuosekliai sujungtas su armatūra, periodiškai uždaromas ir atidaromas. Šiuo atveju nuolatinės srovės impulsai praeina per variklio armatūros grandinę. Pasikeitus šių impulsų trukmei (platumai), pasikeičia elektros variklio sukimosi greitis.

Kadangi šiuo atveju tiristorius veikia esant pastoviai įtampai, jo uždarymui naudojamos specialios grandinės. Viena iš paprasčiausių impulsų pločio valdymo schemų parodyta fig. 6.

Ryžiai. 6. Tiristoriaus elektrinė pavara su impulsų pločio valdymu

Šioje grandinėje tiristorius Tr išjungiamas, kai įjungiamas slopinantis tiristorius Tr. Kai šis tiristorius atsidaro, įkrautas kondensatorius C išsikrauna į droselis Dr1, sukuriant reikšmingą e. ir tt c.Šiuo atveju droselio galuose atsiranda įtampa, kuri yra didesnė už lygintuvo įtampą U ir nukreipta į ją.

Per lygintuvą ir šunto diodą D1 ši įtampa įvedama į tiristorių Tr ir priverčia jį išsijungti. Išjungus tiristorių, kondensatorius C vėl įkraunamas iki perjungimo įtampos Uc > U.

Dėl padidėjusio srovės impulsų dažnio ir variklio armatūros inercijos maitinimo šaltinio impulsinis pobūdis praktiškai neatsispindi variklio sukimosi tolygumui. Tiristorius Tr ir Tr atidaro speciali fazių poslinkio grandinė, leidžianti keisti impulso plotį.

Elektros pramonė gamina įvairias visiškai reguliuojamų tiristorių nuolatinės srovės pavarų modifikacijas. Tarp jų yra pavarų su 1:20 greičio reguliavimo diapazonais; 1: 200; 1: 2000 keičiant įtampą, negrįžtamas ir reversines pavaras, su elektriniu stabdžiu ir be jo. Valdymas atliekamas naudojant tranzistorių fazinius impulsus. Pavaros naudoja neigiamą grįžtamąjį ryšį apie variklio sūkius ir e. skaitiklį ir kt. su

Tiristorių pavarų privalumai – didelės energetinės charakteristikos, maži matmenys ir svoris, jokios besisukančios technikos, išskyrus elektros variklį, nebuvimas, didelis greitis ir pastovus pasirengimas darbui Pagrindinis tiristorių pavarų trūkumas – vis dar didelė kaina, kuri gerokai viršija pavarų su elektrine mašina ir magnetiniais stiprintuvais kaina.

Šiuo metu yra nuolatinė tendencija plačiai pakeisti tiristorių nuolatinės srovės pavaras kintamo dažnio kintamosios srovės pavaros.