Tiristoru elektriskā piedziņa

Rūpniecībā plaši tiek izmantoti izpildmehānismi ar vadāmiem pusvadītāju vārstiem - tiristori. Tiristori tiek ražoti strāvai līdz simtiem ampēru, spriegumam līdz 1000 voltiem vai vairāk. Tie izceļas ar augstu efektivitāti, salīdzinoši maziem izmēriem, lielu ātrumu un spēju strādāt plašā apkārtējās vides temperatūras diapazonā (no -60 līdz +60 ° C).

Tiristors nav pilnībā vadāma ierīce, kas tiek ieslēgta, pieliekot atbilstošo potenciālu vadības elektrodam, un tiek izslēgta tikai ar strāvas ķēdes piespiedu pārtraukumu pārtraukuma sprieguma, tā dabiskās pārejas caur nulli vai slāpēšanas padeves dēļ. pretējās zīmes spriegums. Mainot vadības sprieguma padeves laiku (tā aizkavi), var regulēt rektificētā sprieguma vidējo vērtību un līdz ar to arī motora ātrumu.

Rektificētā sprieguma vidējo vērtību, ja nav regulēšanas, galvenokārt nosaka tiristora pārveidotāja komutācijas ķēde. Pārveidotāju ķēdes ir sadalītas divās klasēs: nulles vilkšanas un tilta.

Vidējas un lielas jaudas iekārtās galvenokārt tiek izmantotas tiltu pārveidotāju shēmas, kas galvenokārt ir divu iemeslu dēļ:

• mazāks spriegums katram tiristoram,

• pastāvīgas strāvas komponentes trūkums, kas plūst caur transformatora tinumiem.

Pārveidotāju shēmas var atšķirties arī pēc fāžu skaita: no viena mazjaudas instalācijās līdz 12–24 jaudīgajos pārveidotājos.

Visiem tiristoru pārveidotāju variantiem kopā ar pozitīvām īpašībām, piemēram, zemu inerci, rotējošu elementu trūkumu, mazāku izmēru (salīdzinājumā ar elektromehāniskajiem pārveidotājiem), ir vairāki trūkumi:

1. Ciets savienojums ar tīklu: visas sprieguma svārstības tīklā tiek pārnestas tieši uz piedziņas sistēmu un palielinās slodze, motora asis nekavējoties tiek pārnestas uz tīklu un izraisa strāvas triecienus.

2. Zems jaudas koeficients, regulējot spriegumu uz leju.

3. Augstāku harmoniku ģenerēšana, slodze uz elektrotīklu.

Ar tiristora pārveidotāju darbināma motora mehāniskos raksturlielumus nosaka armatūrai pievadītais spriegums un tā izmaiņu raksturs ar slodzi, tas ir, pārveidotāja ārējie raksturlielumi un pārveidotāja un motora parametri.

Tiristora ierīce un darbības princips

Tiristors (1. att., a) ir četru slāņu silīcija pusvadītājs ar diviem pn-pārvienojumiem un vienu n-p-pāreju. Strāvas Az, kas iet caur tiristoru anoda sprieguma Ua iedarbībā, lielums ir atkarīgs no strāvas, kas iet caur vadības elektrodu vadības sprieguma Uy iedarbībā.

Ja nav vadības strāvas (Azy = 0), tad, pieaugot spriegumam U, strāva A lietotāja P ķēdē palielināsies, tomēr paliekot ļoti mazā vērtībā (1. att., b).

Rīsi. 1. Tiristora blokshēma (a), strāvas-sprieguma raksturlielums (b) un konstrukcija (c)

Šajā laikā n-p krustojumam, kas ieslēgts nevadošā virzienā, ir augsta pretestība. Pie noteiktas anoda sprieguma vērtības Ua1, ko sauc par atvēršanas, aizdedzes vai pārslēgšanas spriegumu, notiek bloķējošā slāņa lavīnas pārrāvums, kura pretestība kļūst maza un strāvas stiprums palielinās līdz vērtībai, kas noteikta saskaņā ar Oma likumu pēc pretestības Rp. lietotāja P.

Palielinoties strāvai Iу, spriegums Ua samazinās. Strāvu Iu, pie kuras spriegums Ua sasniedz zemāko vērtību, sauc par strāvu I ar korekciju.

Tiristors aizveras, kad tiek noņemts spriegums Ua vai mainās tā zīme. Tiristora nominālā strāva I ir lielākā uz priekšu plūstošās strāvas vidējā vērtība, kas neizraisa nepieņemamu pārkaršanu.

Nominālais spriegums Un tiek saukts par augstāko pieļaujamo amplitūdas spriegumu, pie kura tiek nodrošināta ierīces dotā uzticamība.

Sprieguma kritumu Δ, ko nerada nominālā strāva, sauc par nominālā sprieguma kritumu (parasti ΔUn = 1 — 2 V).

Korekcijas strāvas stipruma Ic vērtība svārstās 0,1 — 0,4 A robežās pie sprieguma Uc 6 — 8 V.

Tiristors droši atveras ar impulsa ilgumu 20-30 μs. Intervāls starp impulsiem nedrīkst būt mazāks par 100 μs. Kad spriegums Ua nokrītas līdz nullei, tiristors izslēdzas.

Tiristora ārējais dizains ir parādīts attēlā.1, v… Vara bāzes 1 sešpadsmitā silīcija četrslāņu struktūra 2 ar vītni, ar negatīvu jaudu 3 un 4 izeju vadību. Silīcija konstrukciju aizsargā cilindrisks metāla korpuss 5. Izolators ir nostiprināts korpusā 6. Vītne pamatnē 1 tiek izmantota, lai uzstādītu tiristoru un savienotu anoda sprieguma avotu ar pozitīvo polu.

Palielinoties spriegumam Ua, tiristora atvēršanai nepieciešamā vadības strāva samazinās (sk. 1. att., b). Vadības atvēršanas strāva ir proporcionāla vadības atvēršanas spriegumam uyo.

Ja Uа mainās atbilstoši sinusoidālajam likumam (2. att.), tad nepieciešamo spriegumu un 0 atvērumu var attēlot ar punktētu līniju. Ja pielietotais vadības spriegums Uy1 ir nemainīgs un tā vērtība ir zem sprieguma uuo minimālās vērtības, tad tiristoru neatveras.

Ja vadības spriegums tiek palielināts līdz vērtībai Uy2, tiristors atvērsies, tiklīdz spriegums Uy2 kļūst lielāks par spriegumu uyo. Mainot uу vērtību, varat mainīt tiristora atvēršanas leņķi diapazonā no 0 līdz 90°.

Rīsi. 2. Tiristoru vadība

Lai atvērtu tiristoru leņķos virs 90 °, tiek izmantots mainīgs vadības spriegums uy, kas mainās, piemēram, sinusoidāli. Pie sprieguma, kas atbilst šī sprieguma sinusoidālā viļņa krustpunktam ar punktētu līkni uuo = f (ωt), Tiristor atveras.

Pārvietojot sinusoīdu uyo ​​horizontāli pa labi vai pa kreisi, jūs varat mainīt tiristora atvēruma leņķi ωt0. Šo atvēršanas leņķa kontroli sauc par horizontālu. To veic, izmantojot īpašus fāzes slēdžus.

Pārvietojot to pašu sinusoidālo vilni vertikāli uz augšu vai uz leju, var mainīt arī atvēršanas leņķi. Šādu pārvaldību sauc par vertikālu. Tādā gadījumā ar mainīgu sprieguma vadību tyy algebriski pievieno konstantu spriegumu, piemēram, spriegumu Uy1... Atvēršanās leņķi regulē, mainot šī sprieguma lielumu.

Pēc atvēršanas tiristors paliek atvērts līdz pozitīvā pusperioda beigām, un vadības spriegums neietekmē tā darbību. Tas arī dod iespēju piemērot impulsu vadību, periodiski pieliekot pozitīvas vadības sprieguma impulsus pareizajā laikā (2. att. apakšā). Tas palielina vadības skaidrību.

Tā vai citādi mainot tiristora atvēršanas leņķi, lietotājam var tikt pievadīti dažādas formas sprieguma impulsi. Tas maina vidējā sprieguma vērtību lietotāja termināļos.

Tiristoru vadīšanai tiek izmantotas dažādas ierīces. Shēmā, kas parādīta attēlā. 3, maiņstrāvas tīkla spriegums tiek pievadīts transformatora Tp1 primārajam tinumam.

Rīsi. 3. Tiristoru vadības ķēde

Šī transformatora sekundārajā ķēdē ir iekļauts pilna viļņa taisngriezis B.1, B2, B3, B4 ar ievērojamu induktivitāti L līdzstrāvas ķēdē. Praktiskā viļņu strāva praktiski tiek novērsta. Bet šādu līdzstrāvu var iegūt tikai ar pilna viļņa maiņstrāvas taisnošanu, kuras forma ir parādīta attēlā. 4, a.

Tādējādi šajā gadījumā taisngriezis B1, B2, B3, B4 (sk. 3. att.) ir pārveidotājs maiņstrāvas formā. Šajā shēmā kondensatori C1 un C2 mainās virknē ar taisnstūrveida strāvas impulsiem (4. att., a).Šajā gadījumā uz kondensatoru C1 un C2 plāksnēm (4. att., b) veidojas šķērsvirziena zāģa spriegums, kas tiek pielikts tranzistoru T1 un T2 pamatnēm (sk. 3. att.).

Šo spriegumu sauc par atsauces spriegumu. Līdzstrāvas spriegums Uy darbojas arī katra tranzistora galvenajā ķēdē. Kad zāģa spriegums ir nulle, spriegums Uy rada pozitīvus potenciālus abu tranzistoru bāzēs. Katrs tranzistors atveras ar bāzes strāvu pie negatīva bāzes potenciāla.

Tas notiek, ja zāģa atskaites sprieguma negatīvās vērtības izrādās lielākas par Uy (4. att., b). Šis nosacījums ir izpildīts atkarībā no Uy vērtības pie dažādām fāzes leņķa vērtībām. Šajā gadījumā tranzistors atveras uz dažādiem laika periodiem atkarībā no sprieguma Uy lieluma.

Rīsi. 4. Tiristoru vadības spriegumu diagrammas

Kad atveras viens vai otrs tranzistors, caur transformatora Tr2 vai Tr3 primāro tinumu iziet taisnstūrveida strāvas impulss (sk. 3. att.). Kad šī impulsa priekšējā mala iet, sekundārajā tinumā rodas sprieguma impulss, kas tiek pievadīts tiristora vadības elektrodam.

Kad strāvas impulsa aizmugure iet caur sekundāro tinumu, rodas pretējas polaritātes sprieguma impulss. Šo impulsu noslēdz pusvadītāju diode, kas apiet sekundāro tinumu un netiek pielietota tiristoram.

Kad tiristori tiek vadīti (sk. 3. att.) ar diviem transformatoriem, tiek ģenerēti divi impulsi, fāze nobīdīta par 180 °.

Tiristoru motora vadības sistēmas

Līdzstrāvas motoru tiristoru vadības sistēmās tā ātruma regulēšanai izmanto motora līdzstrāvas armatūras sprieguma izmaiņas. Šādos gadījumos parasti tiek izmantotas daudzfāžu rektifikācijas shēmas.

attēlā. 5, un vienkāršākā šāda veida diagramma ir parādīta ar nepārtrauktu līniju. Šajā shēmā katrs no tiristoriem T1, T2, T3 ir savienots virknē ar transformatora sekundāro tinumu un motora armatūru; NS. utt. c) sekundārie tinumi ir ārpus fāzes. Tāpēc, kontrolējot tiristoru atvēršanas leņķi, motora armatūrai tiek pielietoti sprieguma impulsi, kas ir fāzēti nobīdīti viens pret otru.

Rīsi. 5. Tiristoru piedziņas ķēdes

Daudzfāzu ķēdē caur motora armatūru var iziet periodiskas un nepārtrauktas strāvas atkarībā no izvēlētā tiristoru aizdedzes leņķa. Reversīvā elektriskā piedziņa (5. att., a, visa ķēde) izmanto divus tiristoru komplektus: T1, T2, T3 un T4, T5, T6.

Atverot noteiktas grupas tiristorus, tie maina strāvas virzienu elektromotora enkurā un attiecīgi tā griešanās virzienu.

Motora apgriešanu var panākt arī mainot strāvas virzienu motora lauka tinumā. Šādu reversu izmanto gadījumos, kad nav nepieciešams liels ātrums, jo lauka tinumam ir ļoti augsta induktivitāte salīdzinājumā ar armatūras tinumu. Šādu reverso gājienu bieži izmanto metāla griešanas mašīnu galvenās kustības tiristoru piedziņām.

Otrais tiristoru komplekts ļauj veikt arī bremzēšanas režīmus, kas prasa mainīt strāvas virzienu elektromotora enkurā.Tiristori apskatāmajās piedziņas ķēdēs tiek izmantoti motora ieslēgšanai un izslēgšanai, kā arī palaišanas un bremzēšanas strāvu ierobežošanai, novēršot nepieciešamību izmantot kontaktorus, kā arī palaišanas un bremzēšanas reostatus.

Līdzstrāvas tiristoru piedziņas ķēdēs nav vēlami jaudas transformatori, kas palielina uzstādīšanas izmēru un izmaksas, tāpēc bieži izmanto shēmu, kas parādīta attēlā. 5 B.

Šajā shēmā tiristora aizdedzi kontrolē vadības bloks BU1. Tas ir savienots ar trīsfāzu strāvas tīklu, tādējādi nodrošinot jaudu un saskaņojot vadības impulsu fāzes ar tiristoru anoda spriegumu.

Tiristoru piedziņa parasti izmanto motora ātruma atgriezenisko saiti. Šajā gadījumā tiek izmantots tahoģenerators T un starpposma tranzistora pastiprinātājs UT. Tiek izmantotas arī atsauksmes pa e-pastu. utt. c) elektromotors, kas tiek realizēts, vienlaikus iedarbojoties negatīvai atgriezeniskajai saitei par spriegumu un pozitīvai atgriezeniskajai saitei par armatūras strāvu.

Lai regulētu ierosmes strāvu, tiek izmantots tiristoru T7 ar vadības bloku BU2. Pie negatīviem anoda sprieguma puscikliem, kad tiristors T7 neizlaiž strāvu, strāva OVD turpina plūst e. utt. c) pašindukcija, aizverot caur apvada vārstu B1.

Tiristoru elektriskās piedziņas ar impulsa platuma kontroli

Aplūkotajās tiristoru piedziņās motors tiek darbināts ar sprieguma impulsiem ar frekvenci 50 Hz. Lai palielinātu reakcijas ātrumu, ieteicams palielināt impulsa frekvenci.Tas tiek panākts tiristoru piedziņās ar impulsa platuma vadību, kur caur motora armatūru iziet taisnstūrveida līdzstrāvas impulsi ar dažāda ilguma (platuma grādiem) ar frekvenci līdz 2-5 kHz. Papildus liela ātruma reakcijai šāda vadība nodrošina lielus motora ātruma regulēšanas diapazonus un lielāku energoefektivitāti.

Ar impulsa platuma vadību motoru darbina nekontrolēts taisngriezis, un ar armatūru virknē savienotais tiristoru periodiski aizver un atver. Šajā gadījumā līdzstrāvas impulsi iet caur motora armatūras ķēdi. Šo impulsu ilguma (platuma) maiņa izraisa elektromotora griešanās ātruma izmaiņas.

Tā kā šajā gadījumā tiristors darbojas ar pastāvīgu spriegumu, tā aizvēršanai tiek izmantotas īpašas ķēdes. Viena no vienkāršākajām impulsa platuma kontroles shēmām ir parādīta attēlā. 6.

Rīsi. 6. Tiristora elektriskā piedziņa ar impulsa platuma kontroli

Šajā shēmā tiristors Tr tiek izslēgts, kad tiek ieslēgts slāpēšanas tiristors Tr. Kad šis tiristors atveras, uzlādētais kondensators C izlādējas uz droseļvārsts Dr1, radot nozīmīgu e. utt. c.Šajā gadījumā droseles galos parādās spriegums, kas ir lielāks par taisngrieža spriegumu U un vērsts uz to.

Caur taisngriezi un šunta diodi D1 šis spriegums tiek pievadīts tiristoram Tr un izraisa tā izslēgšanos. Kad tiristoru izslēdz, kondensators C atkal tiek uzlādēts līdz pārslēgšanas spriegumam Uc > U.

Sakarā ar palielinātu strāvas impulsu biežumu un motora armatūras inerci, barošanas avota impulsa raksturs praktiski neatspoguļojas motora griešanās vienmērīgumā. Tiristori Tr un Tr tiek atvērti ar īpašu fāzes nobīdes ķēdi, kas ļauj mainīt impulsa platumu.

Elektroindustrija ražo dažādas pilnībā regulētas tiristoru līdzstrāvas piedziņas modifikācijas. Starp tiem ir piedziņas ar 1:20 ātruma kontroles diapazoniem; 1: 200; 1: 2000, mainot spriegumu, neatgriezeniskas un reversīvas piedziņas, ar un bez elektriskās bremzēšanas. Vadība tiek veikta, izmantojot tranzistora fāzes impulsu ierīces. Piedziņas izmanto negatīvas atsauksmes par motora apgriezieniem minūtē un e. skaitītāju utt. ar

Tiristoru piedziņas priekšrocības ir augstas enerģētiskās īpašības, mazs izmērs un svars, citu rotējošu iekārtu neesamība, izņemot elektromotoru, liels ātrums un pastāvīga gatavība darbam.Tiristoru piedziņas galvenais trūkums ir to joprojām augstās izmaksas, kas ievērojami pārsniedz disku izmaksas ar elektrisko mašīnu un magnētiskajiem pastiprinātājiem.

Pašlaik ir vērojama stabila tendence plaši nomainīt tiristoru līdzstrāvas piedziņas ar mainīgas frekvences maiņstrāvas piedziņas.