Pemacu elektrik thyristor

Dalam industri, penggerak dengan injap semikonduktor terkawal - thyristor - digunakan secara meluas. Thyristor dihasilkan untuk arus sehingga ratusan ampere, untuk voltan sehingga 1000 volt atau lebih. Mereka dibezakan oleh kecekapan tinggi, saiz yang agak kecil, kelajuan tinggi dan keupayaan untuk bekerja dalam pelbagai suhu ambien (dari -60 hingga +60 ° C).

Thyristor bukanlah peranti yang boleh dikawal sepenuhnya, yang dihidupkan dengan menggunakan potensi yang sepadan pada elektrod kawalan, dan dimatikan hanya dengan gangguan paksa litar semasa akibat voltan gangguan, peralihan semula jadi melalui sifar atau bekalan redaman. voltan tanda bertentangan. Dengan menukar masa bekalan voltan kawalan (kelewatannya), anda boleh melaraskan nilai purata voltan diperbetulkan dan dengan itu kelajuan motor.

Nilai purata voltan diperbetulkan jika tiada peraturan ditentukan terutamanya oleh litar pensuisan penukar thyristor. Litar transduser dibahagikan kepada dua kelas: sifar-tarik dan terjepit.

Dalam pemasangan kuasa sederhana dan tinggi, litar penukar jambatan digunakan terutamanya, yang terutamanya untuk dua sebab:

• kurang voltan pada setiap thyristor,

• ketiadaan komponen arus malar yang mengalir melalui belitan pengubah.

Litar penukar juga boleh berbeza dalam bilangan fasa: daripada satu dalam pemasangan kuasa rendah kepada 12 — 24 dalam penukar berkuasa.

Semua varian penukar thyristor bersama-sama dengan sifat positif, seperti inersia rendah, kekurangan unsur berputar, saiz yang lebih kecil (berbanding dengan penukar elektromekanikal), mempunyai beberapa kelemahan:

1. Sambungan keras ke rangkaian: semua turun naik voltan dalam rangkaian dihantar terus ke sistem pemacu dan beban meningkat, paksi motor segera dipindahkan ke rangkaian dan menyebabkan kejutan semasa.

2. Faktor kuasa rendah apabila melaraskan voltan ke bawah.

3. Penjanaan harmonik yang lebih tinggi, beban pada grid kuasa.

Ciri-ciri mekanikal motor yang digerakkan oleh penukar thyristor ditentukan oleh voltan yang digunakan pada angker dan sifat perubahannya dengan beban, iaitu ciri luaran penukar dan parameter penukar dan motor.

Peranti dan prinsip operasi thyristor

Tiristor (Rajah 1, a) ialah semikonduktor silikon empat lapisan dengan dua simpang pn dan satu simpang n-p. Magnitud Azpassing semasa melalui thyristor di bawah tindakan voltan anod Ua bergantung kepada arus Azsemasa kawalan melalui elektrod kawalan di bawah tindakan voltan kawalan Uy.

Sekiranya tiada arus kawalan (Azy = 0), maka apabila voltan U meningkat, arus A dalam litar pengguna P akan meningkat, bagaimanapun, kekal sebagai nilai yang sangat kecil (Rajah 1, b).

nasi. 1. Gambar rajah blok (a), ciri voltan arus (b) dan pembinaan (c) thyristor

Pada masa ini, simpang n-p dihidupkan dalam arah tidak konduktif mempunyai rintangan yang tinggi. Pada nilai tertentu Ua1 voltan anod, dipanggil voltan pembukaan, pencucuhan atau pensuisan, kerosakan longsoran lapisan penyekat berlaku. Rintangannya menjadi kecil dan kekuatan arus meningkat kepada nilai yang ditentukan mengikut hukum Ohm oleh rintangan Rp daripada pengguna P.

Apabila arus Iу meningkat, voltan Ua berkurangan. Iu semasa, di mana voltan Ua mencapai nilai terendah, dipanggil arus I dengan pembetulan.

Thyristor ditutup apabila voltan Ua dikeluarkan atau apabila tandanya berubah. Arus undian I thyristor ialah nilai purata terbesar arus yang mengalir ke arah hadapan yang tidak menyebabkan terlalu panas yang tidak boleh diterima.

Voltan nominal Un dipanggil voltan amplitud tertinggi yang dibenarkan di mana kebolehpercayaan peranti yang diberikan dipastikan.

Kejatuhan voltan ΔTidak dicipta oleh arus nominal dipanggil kejatuhan voltan nominal (biasanya ΔUn = 1 — 2 V).

Nilai kekuatan semasa Ic pembetulan turun naik dalam had 0.1 — 0.4 A pada voltan Uc 6 — 8 V.

Thyristor dibuka dengan pasti dengan tempoh nadi 20 — 30 μs. Selang antara denyutan tidak boleh kurang daripada 100 μs. Apabila voltan Ua turun kepada sifar, thyristor dimatikan.

Reka bentuk luaran thyristor ditunjukkan dalam rajah.1, v… Berasaskan tembaga 1 silikon keenam belas struktur empat lapisan 2 dengan ekor berulir, dengan kuasa negatif 3 dan kawalan 4 output. Struktur silikon dilindungi oleh perumah logam silinder 5. Penebat dipasang di dalam perumah 6. Benang di tapak 1 digunakan untuk memasang thyristor dan untuk menyambungkan sumber voltan anod ke kutub positif.

Apabila voltan Ua meningkat, arus kawalan yang diperlukan untuk membuka thyristor berkurangan (lihat Rajah 1, b). Arus buka kawalan adalah berkadar dengan voltan buka kawalan uyo.

Jika Uа berubah mengikut hukum sinusoidal (Rajah 2), maka voltan yang diperlukan dan bukaan 0 boleh digambarkan dengan garis putus-putus. Jika voltan kawalan yang digunakan Uy1 adalah malar dan nilainya adalah di bawah nilai minimum voltan uuo, maka thyristor tidak terbuka.

Jika voltan kawalan dinaikkan kepada nilai Uy2, thyristor akan terbuka sebaik sahaja voltan Uy2 menjadi lebih besar daripada voltan uyo. Dengan menukar nilai uу, anda boleh menukar sudut pembukaan thyristor dalam julat dari 0 hingga 90°.

nasi. 2. Kawalan thyristor

Untuk membuka thyristor pada sudut di atas 90 °, uy voltan kawalan berubah-ubah digunakan, yang berubah, sebagai contoh, secara sinusoid. Pada voltan yang sepadan dengan persilangan gelombang sinus voltan ini dengan lengkung bertitik uuo = f (ωt), Tiristor terbuka.

Dengan menggerakkan uyo sinusoid secara mendatar ke kanan atau kiri, anda boleh menukar sudut ωt0 bukaan thyristor. Kawalan sudut bukaan ini dipanggil mendatar. Ia dijalankan menggunakan suis fasa khas.

Dengan menggerakkan gelombang sinus yang sama secara menegak ke atas atau ke bawah, anda juga boleh menukar sudut pembukaan. Pengurusan sedemikian dipanggil menegak. Dalam kes ini, dengan kawalan voltan boleh ubah tyy, tambah voltan malar secara algebra, contohnya, voltan Uy1... Sudut bukaan diselaraskan dengan menukar magnitud voltan ini.

Sebaik sahaja dibuka, thyristor kekal terbuka sehingga akhir separuh kitaran positif dan voltan kawalan tidak menjejaskan operasinya. Ini juga memungkinkan untuk menggunakan kawalan nadi dengan menggunakan denyutan voltan kawalan positif secara berkala pada masa yang betul (Rajah 2 bawah). Ini meningkatkan kejelasan kawalan.

Dengan menukar sudut pembukaan thyristor dalam satu cara atau yang lain, denyutan voltan pelbagai bentuk boleh digunakan kepada pengguna. Ini mengubah nilai voltan purata di terminal pengguna.

Pelbagai peranti digunakan untuk mengawal thyristor. Dalam skema yang ditunjukkan dalam rajah. 3, voltan sesalur AC digunakan pada belitan utama pengubah Tp1.

nasi. 3. Litar kawalan thyristor

Penerus gelombang penuh B termasuk dalam litar sekunder pengubah ini.1, B2, B3, B4 dengan kearuhan L yang ketara dalam litar DC. Arus gelombang praktikal secara praktikal dihapuskan. Tetapi arus terus sedemikian hanya boleh diperolehi dengan pembetulan gelombang penuh bagi arus ulang-alik yang mempunyai bentuk yang ditunjukkan dalam Rajah. 4, a.

Oleh itu, dalam kes ini, penerus B1, B2, B3, B4 (lihat Rajah 3) adalah penukar dalam bentuk arus ulang alik. Dalam skema ini, kapasitor C1 dan C2 silih berganti secara bersiri dengan denyutan arus segi empat tepat (Rajah 4, a).Dalam kes ini, pada plat kapasitor C1 dan C2 (Rajah 4, b), voltan gigi gergaji melintang terbentuk, digunakan pada pangkalan transistor T1 dan T2 (lihat Rajah 3).

Voltan ini dipanggil voltan rujukan. Voltan DC Uy juga bertindak dalam litar utama setiap transistor. Apabila voltan gergaji adalah sifar, voltan Uy mencipta potensi positif pada tapak kedua-dua transistor. Setiap transistor dibuka dengan arus asas pada potensi tapak negatif.

Ini berlaku apabila nilai negatif voltan rujukan gergaji ternyata lebih besar daripada Uy (Rajah 4, b). Syarat ini dipenuhi bergantung kepada nilai Uy pada nilai sudut fasa yang berbeza. Dalam kes ini, transistor dibuka untuk tempoh masa yang berbeza, bergantung pada magnitud voltan Uy.

nasi. 4. Gambar rajah voltan kawalan thyristor

Apabila satu atau satu lagi transistor dibuka, nadi arus segi empat tepat melalui belitan utama pengubah Tr2 atau Tr3 (lihat Rajah 3). Apabila pinggir utama nadi ini berlalu, nadi voltan berlaku dalam belitan sekunder, yang digunakan pada elektrod kawalan thyristor.

Apabila bahagian belakang nadi semasa melalui belitan sekunder, nadi voltan kekutuban bertentangan berlaku. Nadi ini ditutup oleh diod semikonduktor yang memintas penggulungan sekunder dan tidak digunakan pada thyristor.

Apabila thyristor dikawal (lihat Rajah 3) dengan dua transformer, dua denyutan dijana, fasa beralih sebanyak 180 °.

Sistem kawalan motor thyristor

Dalam sistem kawalan thyristor untuk motor DC, perubahan dalam voltan angker DC motor digunakan untuk mengawal kelajuannya. Dalam kes ini, skim pembetulan berbilang fasa biasanya digunakan.

Dalam rajah. 5, dan gambar rajah termudah seperti ini ditunjukkan dengan garis pepejal. Dalam litar ini, setiap thyristor T1, T2, T3 disambung secara bersiri dengan penggulungan sekunder pengubah dan angker motor; NS. dan lain-lain. c. belitan sekunder berada di luar fasa. Oleh itu, denyutan voltan yang dialihkan fasa relatif antara satu sama lain digunakan pada angker motor apabila mengawal sudut bukaan thyristor.

nasi. 5. Litar pemacu thyristor

Dalam litar polifasa, arus terputus-putus dan berterusan boleh melalui angker motor, bergantung pada sudut nyalaan thyristor yang dipilih. Pemacu elektrik boleh balik (Rajah 5, a, keseluruhan litar) menggunakan dua set thyristor: T1, T2, T3 dan T4, T5, T6.

Dengan membuka thyristor kumpulan tertentu, mereka menukar arah arus dalam angker motor elektrik dan, dengan itu, arah putarannya.

Membalikkan motor juga boleh dicapai dengan menukar arah arus dalam belitan medan motor. Pembalikan sedemikian digunakan dalam kes di mana kelajuan tinggi tidak diperlukan kerana belitan medan mempunyai kearuhan yang sangat tinggi berbanding dengan belitan angker. Lejang terbalik seperti ini sering digunakan untuk pemacu thyristor bagi gerakan utama mesin pemotong logam.

Set thyristor kedua juga memungkinkan untuk melakukan mod brek yang memerlukan perubahan arah arus dalam angker motor elektrik.Thyristor dalam litar pemacu yang sedang dipertimbangkan digunakan untuk menghidupkan dan mematikan motor, serta untuk mengehadkan arus permulaan dan brek, menghapuskan keperluan untuk menggunakan penyentuh, serta rheostat permulaan dan brek.

Dalam litar pemacu thyristor DC, pengubah kuasa adalah tidak diingini. Mereka meningkatkan saiz dan kos pemasangan, jadi mereka sering menggunakan litar yang ditunjukkan dalam Rajah. 5 B.

Dalam litar ini, pencucuhan thyristor dikawal oleh unit kawalan BU1. Ia disambungkan kepada rangkaian arus tiga fasa, dengan itu memberikan kuasa dan memadankan fasa denyutan kawalan dengan voltan anod thyristor.

Pemacu thyristor biasanya menggunakan maklum balas kelajuan motor. Dalam kes ini, tachogenerator T dan penguat transistor perantaraan UT digunakan. Maklum balas e-mel juga digunakan. dan lain-lain. c. motor elektrik, direalisasikan dengan tindakan serentak maklum balas negatif pada voltan dan maklum balas positif pada arus angker.

Untuk melaraskan arus pengujaan, thyristor T7 dengan unit kawalan BU2 digunakan. Pada separuh kitaran negatif voltan anod, apabila thyristor T7 tidak melepasi arus, arus dalam OVD terus mengalir disebabkan oleh e. dan lain-lain. c. aruhan kendiri, menutup melalui injap pintasan B1.

Pemacu elektrik thyristor dengan kawalan lebar nadi

Dalam pemacu thyristor yang dipertimbangkan, motor dikuasakan oleh denyutan voltan dengan frekuensi 50 Hz. Untuk meningkatkan kelajuan tindak balas, adalah disyorkan untuk meningkatkan kekerapan nadi.Ini dicapai dalam pemacu thyristor dengan kawalan lebar nadi, di mana denyutan DC segi empat tepat yang berbeza-beza tempoh (latitud) dengan frekuensi sehingga 2-5 kHz melalui angker motor. Selain tindak balas berkelajuan tinggi, kawalan sedemikian menyediakan julat kawalan kelajuan motor yang besar dan prestasi tenaga yang lebih tinggi.

Dengan kawalan lebar nadi, motor dikuasakan oleh penerus yang tidak terkawal, dan thyristor yang disambungkan secara bersiri dengan angker ditutup dan dibuka secara berkala. Dalam kes ini, denyutan DC melalui litar angker motor. Perubahan dalam tempoh (latitud) denyutan ini mengakibatkan perubahan dalam kelajuan putaran motor elektrik.

Oleh kerana dalam kes ini thyristor beroperasi pada voltan malar, litar khas digunakan untuk menutupnya. Salah satu skema kawalan lebar nadi yang paling mudah ditunjukkan dalam Rajah. 6.

nasi. 6. Pemacu elektrik thyristor dengan kawalan lebar nadi

Dalam litar ini, thyristor Tr dimatikan apabila thyristor Tr redaman dihidupkan. Apabila thyristor ini dibuka, kapasitor C yang dicas akan dinyahcas ke pendikit Dr1, mencipta e. dan lain-lain. c. Dalam kes ini, voltan muncul di hujung pencekik, yang lebih besar daripada voltan U penerus dan diarahkan ke arahnya.

Melalui penerus dan diod shunt D1, voltan ini dikenakan pada thyristor Tr dan menyebabkan ia mati. Apabila thyristor dimatikan, kapasitor C dicas semula ke voltan pensuisan Uc > U.

Disebabkan oleh peningkatan kekerapan denyutan semasa dan inersia angker motor, sifat nadi bekalan kuasa secara praktikalnya tidak dicerminkan dalam kelancaran putaran motor. Thyristor Tr dan Tr dibuka oleh litar anjakan fasa khas yang membolehkan lebar nadi ditukar.

Industri elektrik menghasilkan pelbagai pengubahsuaian pemacu kuasa DC thyristor yang dikawal sepenuhnya. Antaranya ialah pemacu dengan julat kawalan kelajuan 1:20; 1: 200; 1: 2000 dengan menukar voltan, pemacu tak boleh balik dan boleh balik, dengan dan tanpa brek elektrik. Kawalan dijalankan dengan menggunakan peranti nadi fasa transistor. Pemacu menggunakan maklum balas negatif pada rpm motor dan e. kaunter dsb. dengan

Kelebihan pemacu thyristor ialah ciri tenaga yang tinggi, saiz dan berat yang kecil, ketiadaan sebarang jentera berputar selain daripada motor elektrik, kelajuan tinggi dan kesediaan berterusan untuk bekerja. Kelemahan utama pemacu thyristor ialah kosnya yang masih tinggi, yang jauh melebihi kos pemacu dengan mesin elektrik dan penguat magnet.

Pada masa ini, terdapat trend yang stabil ke arah penggantian meluas pemacu DC thyristor dengan pemacu AC frekuensi berubah-ubah.