Thyristor elektrisk stasjon

I industrien er aktuatorer med kontrollerte halvlederventiler - tyristorer - mye brukt. Tyristorer er produsert for strømmer opp til hundrevis av ampere, for spenninger opp til 1000 volt eller mer. De kjennetegnes ved høy effektivitet, relativt liten størrelse, høy hastighet og evnen til å jobbe i et bredt spekter av omgivelsestemperaturer (fra -60 til +60 ° C).

Tyristoren er ikke en fullt kontrollerbar enhet, som slås på ved å påføre det tilsvarende potensialet til kontrollelektroden, og slås av bare ved tvungen avbrudd av strømkretsen på grunn av avbruddsspenning, dens naturlige overgang gjennom null eller tilførsel av en demping spenning av motsatt fortegn. Ved å endre tidspunktet for tilførselen av styrespenningen (dens forsinkelse), kan du justere gjennomsnittsverdien av den likerettede spenningen og dermed hastigheten til motoren.

Gjennomsnittsverdien av den likerettede spenningen i fravær av regulering bestemmes hovedsakelig av koblingskretsen til tyristoromformeren. Transduserkretser er delt inn i to klasser: nulltrekk og brokoblet.

I installasjoner med middels og høy effekt brukes hovedsakelig broomformerkretser, som hovedsakelig av to grunner:

• mindre spenning på hver av tyristorene,

• fravær av en konstant strømkomponent som strømmer gjennom transformatorviklingene.

Omformerkretser kan også variere i antall faser: fra en i laveffektinstallasjoner til 12 — 24 i kraftige omformere.

Alle varianter av tyristoromformere sammen med positive egenskaper, som lav treghet, mangel på roterende elementer, mindre (sammenlignet med elektromekaniske omformere) i størrelse, har en rekke ulemper:

1. Hard tilkobling til nettverket: alle spenningssvingninger i nettverket overføres direkte til drivsystemet og belastningen øker, motoraksene overføres umiddelbart til nettverket og forårsaker strømstøt.

2. Lav effektfaktor ved justering av spenningen ned.

3. Generering av høyere harmoniske, belastning på strømnettet.

Mekaniske egenskaper til en motor drevet av en tyristoromformer bestemmes av spenningen som påføres ankeret og arten av dens endring med belastningen, det vil si de ytre egenskapene til omformeren og parametrene til omformeren og motoren.

Enheten og prinsippet for drift av tyristoren

En tyristor (fig. 1, a) er en firelags silisiumhalvleder med to pn-overganger og en n-p-overgang. Størrelsen på strømmen Az som passerer gjennom tyristoren under påvirkning av anodespenningen Ua avhenger av strømmen Az under kontrollen som går gjennom styreelektroden under påvirkning av styrespenningen Uy.

Hvis det ikke er noen kontrollstrøm (Azy = 0), vil strømmen A i kretsen til brukeren P øke når spenningen U øker, men forblir en veldig liten verdi (fig. 1, b).

Ris. 1. Blokkskjema (a), strøm-spenningskarakteristikk (b) og konstruksjon (c) av tyristoren

På dette tidspunktet har n-p-krysset slått på i den ikke-ledende retningen høy motstand. Ved en viss verdi Ua1 av anodespenningen, kalt åpnings-, tennings- eller koblingsspenningen, oppstår et skredbrudd av blokkeringssjiktet, motstanden blir liten og strømstyrken øker til en verdi bestemt i samsvar med Ohms lov av motstanden Rp av brukeren P.

Når strømmen Iу øker, synker spenningen Ua. Strømmen Iu, hvor spenningen Ua når laveste verdi, kalles strømmen I med korreksjon.

Tyristoren lukkes når spenningen Ua fjernes eller når fortegn endres. Nominell strøm I til tyristoren er den største gjennomsnittsverdien av strømmen som flyter i foroverretningen som ikke forårsaker uakseptabel overoppheting.

Nominell spenning Un kalles den høyeste tillatte amplitudespenningen der den gitte påliteligheten til enheten er sikret.

Spenningsfallet ΔUnskapt av den nominelle strømmen kalles det nominelle spenningsfallet (vanligvis ΔUn = 1 - 2 V).

Verdien av strømstyrken Ic for korreksjonen svinger innenfor grensene på 0,1 - 0,4 A ved en spenning Uc 6 - 8 V.

Tyristoren åpner pålitelig med en pulsvarighet på 20 - 30 μs. Intervallet mellom pulsene bør ikke være mindre enn 100 μs. Når spenningen Ua synker til null, slår tyristoren seg av.

Den ytre utformingen av tyristoren er vist i fig.1, v... Kobberbasert 1 sekstende firelags silisiumstruktur 2 med gjenget hale, med negativ effekt 3 og kontroll av 4 utganger. Silisiumstrukturen er beskyttet av et sylindrisk metallhus 5. Isolatoren er festet i huset 6. En gjenge i basen 1 brukes til å installere en tyristor og for å koble anodespenningskilden til den positive polen.

Når spenningen Ua øker, reduseres styrestrømmen som kreves for å åpne tyristoren (se fig. 1, b). Styreåpningsstrømmen er proporsjonal med styreåpningsspenningen uyo.

Hvis Uа endres i henhold til den sinusformede loven (fig. 2), kan den nødvendige spenningen og 0-åpningen vises med en stiplet linje. Hvis den påførte styrespenningen Uy1 er konstant og verdien er under minimumsverdien for spenningen uuo, åpnes ikke tyristoren.

Økes styrespenningen til verdien Uy2 vil tyristoren åpne seg så snart spenningen Uy2 blir større enn spenningen uyo. Ved å endre uу-verdien kan du endre åpningsvinkelen til tyristoren i området fra 0 til 90°.

Ris. 2. Tyristorkontroll

For å åpne tyristoren i vinkler over 90 °, brukes en variabel styrespenning uy, som endres for eksempel sinusformet. Ved en spenning som tilsvarer skjæringen av sinusbølgen til denne spenningen med den stiplede kurven uuo = f (ωt), åpnes Tiristoren.

Ved å flytte sinusformen uyo horisontalt til høyre eller venstre, kan du endre vinkelen ωt0 åpningen til tyristoren. Denne åpningsvinkelkontrollen kalles horisontal. Det utføres ved hjelp av spesielle fasebrytere.

Ved å flytte den samme sinusbølgen vertikalt opp eller ned, kan du også endre åpningsvinkelen. Slik styring kalles vertikal. I dette tilfellet, med variabel spenningskontroll tyy, legg til en konstant spenning algebraisk, for eksempel spenningen Uy1... Åpningsvinkelen justeres ved å endre størrelsen på denne spenningen.

Når den er åpnet, forblir tyristoren åpen til slutten av den positive halvsyklusen, og kontrollspenningen påvirker ikke driften. Dette gjør det også mulig å påføre pulsstyring ved periodisk å påføre positive styrespenningspulser til rett tid (fig. 2 nederst). Dette øker klarheten i kontrollen.

Ved å endre åpningsvinkelen til tyristoren på en eller annen måte, kan spenningspulser av forskjellige former påføres brukeren. Dette endrer verdien av gjennomsnittsspenningen på brukerens terminaler.

Ulike enheter brukes til å kontrollere tyristorer. I skjemaet vist i fig. 3, tilføres vekselstrømnettspenningen til primærviklingen til transformatoren Tp1.

Ris. 3. Tyristorkontrollkrets

En fullbølgelikeretter B er inkludert i sekundærkretsen til denne transformatoren.1, B2, B3, B4 med en betydelig induktans L i DC-kretsen. Den praktiske bølgestrømmen er praktisk talt eliminert. Men en slik likestrøm kan bare oppnås ved fullbølgelikeretting av en vekselstrøm med formen vist i fig. 4, a.

Således, i dette tilfellet, er likeretteren B1, B2, B3, B4 (se fig. 3) en omformer i form av vekselstrøm. I dette skjemaet veksler kondensatorene C1 og C2 i serie med rektangulære strømpulser (fig. 4, a).I dette tilfellet, på platene til kondensatorene C1 og C2 (fig. 4, b), dannes en tverrgående sagtannspenning, påført basene til transistorene T1 og T2 (se fig. 3).

Denne spenningen kalles referansespenningen. Likespenningen Uy virker også i hovedkretsen til hver transistor. Når sagspenningen er null, skaper spenningen Uy positive potensialer ved basene til begge transistorene. Hver transistor åpner med en basisstrøm ved et negativt basepotensial.

Dette skjer når de negative verdiene til sagreferansespenningen viser seg å være større enn Uy (fig. 4, b). Denne betingelsen er oppfylt avhengig av verdien av Uy ved forskjellige verdier av fasevinkelen. I dette tilfellet åpner transistoren i forskjellige tidsperioder, avhengig av størrelsen på spenningen Uy.

Ris. 4. Diagrammer over tyristorkontrollspenninger

Når den ene eller den andre transistoren åpner, går en rektangulær strømpuls gjennom primærviklingen til transformatoren Tr2 eller Tr3 (se fig. 3). Når forkanten til denne pulsen passerer, oppstår en spenningspuls i sekundærviklingen, som påføres kontrollelektroden til tyristoren.

Når baksiden av strømpulsen passerer gjennom sekundærviklingen, oppstår en spenningspuls med motsatt polaritet. Denne pulsen lukkes av en halvlederdiode som omgår sekundærviklingen og ikke tilføres tyristoren.

Når tyristorene styres (se fig. 3) med to transformatorer, genereres to pulser, faseforskyvet med 180 °.

Tyristormotorkontrollsystemer

I tyristorkontrollsystemer for DC-motorer brukes en endring i DC-ankerspenningen til motoren for å kontrollere hastigheten. I disse tilfellene brukes vanligvis flerfaserettingsordninger.

I fig. 5, og det enkleste diagrammet av denne typen er vist med en heltrukket linje. I denne kretsen er hver av tyristorene T1, T2, T3 koblet i serie med sekundærviklingen til transformatoren og motorarmaturet; NS. etc. c. sekundærviklingene er ute av fase. Derfor påføres spenningspulser som er faseforskyvet i forhold til hverandre på motorankeret når tyristorenes åpningsvinkel styres.

Ris. 5. Tyristordrivkretser

I en flerfasekrets kan intermitterende og kontinuerlige strømmer passere gjennom motorens armatur, avhengig av den valgte avfyringsvinkelen til tyristorene. En reversibel elektrisk stasjon (fig. 5, a, hele kretsen) bruker to sett med tyristorer: T1, T2, T3 og T4, T5, T6.

Ved å åpne tyristorene til en viss gruppe, endrer de retningen til strømmen i ankeret til den elektriske motoren og følgelig rotasjonsretningen.

Reversering av motoren kan også oppnås ved å endre retningen på strømmen i motorens feltvikling. En slik revers brukes i tilfeller hvor høy hastighet ikke er nødvendig fordi feltviklingen har en meget høy induktans sammenlignet med ankerviklingen. Et slikt omvendt slag brukes ofte for tyristordrev av hovedbevegelsen til metallskjæremaskiner.

Det andre settet med tyristorer gjør det også mulig å utføre bremsemoduser som krever en endring i retningen til strømmen i ankeret til den elektriske motoren.Tyristorer i drivkretsene som vurderes brukes til å slå motoren av og på, samt for å begrense start- og bremsestrømmene, og eliminere behovet for å bruke kontaktorer, samt start- og bremsereostater.

I DC-tyristordrivkretser er krafttransformatorer uønsket. De øker størrelsen og kostnadene for installasjonen, så de bruker ofte kretsen vist i fig. 5 B.

I denne kretsen styres tenningen av tyristoren av kontrollenheten BU1. Den er koblet til et trefaset strømnettverk, og gir derved strøm og matcher fasene til kontrollpulsene med anodespenningen til tyristorene.

En tyristordrift bruker vanligvis tilbakemelding på motorhastighet. I dette tilfellet brukes en tachogenerator T og en mellomtransistorforsterker UT. Tilbakemelding på e-post brukes også. etc. c. elektrisk motor, realisert ved samtidig virkning av negativ tilbakemelding på spenning og positiv tilbakemelding på ankerstrøm.

For å justere eksitasjonsstrømmen brukes en tyristor T7 med en styreenhet BU2. Ved negative halvsykluser av anodespenningen, når tyristoren T7 ikke passerer strøm, fortsetter strømmen i OVD å flyte på grunn av f.eks. etc. c. selvinduksjon, lukkes gjennom omløpsventilen B1.

Thyristor elektriske stasjoner med pulsbreddekontroll

I de betraktede tyristordriftene drives motoren av spenningspulser med en frekvens på 50 Hz. For å øke responshastigheten anbefales det å øke pulsfrekvensen.Dette oppnås i tyristordrifter med pulsbreddekontroll, hvor rektangulære DC-pulser av varierende varighet (breddegrad) med en frekvens på opptil 2-5 kHz passerer gjennom motorankeret. I tillegg til høyhastighetsrespons gir slik kontroll store motorhastighetskontrollområder og høyere energiytelse.

Med pulsbreddekontroll drives motoren av en ukontrollert likeretter, og tyristoren koblet i serie med ankeret lukkes og åpnes periodisk. I dette tilfellet passerer DC-pulsene gjennom motorens ankerkrets. En endring i varigheten (breddegraden) til disse pulsene resulterer i en endring i rotasjonshastigheten til den elektriske motoren.

Siden i dette tilfellet opererer tyristoren med konstant spenning, brukes spesielle kretser for å lukke den. Et av de enkleste kontrollskjemaene for pulsbredde er vist i fig. 6.

Ris. 6. Tyristor elektrisk drift med pulsbreddekontroll

I denne kretsen slås tyristoren Tr av når dempetyristoren Tr er slått på. Når denne tyristoren åpnes, utlades den ladede kondensatoren C til Gasspedal Dr1, skaper en betydelig e. etc. c. I dette tilfellet vises en spenning i endene av struperen, som er større enn spenningen U på likeretteren og rettet mot den.

Gjennom en likeretter og shuntdiode D1 påføres denne spenningen tyristoren Tr og får den til å slå seg av. Når tyristoren er slått av, lades kondensatoren C igjen til koblingsspenningen Uc > U.

På grunn av den økte frekvensen av strømpulser og tregheten til motorankeret, reflekteres pulsnaturen til strømforsyningen praktisk talt ikke i jevnheten til motorrotasjonen. Tyristorene Tr og Tr åpnes av en spesiell faseforskyvningskrets som gjør at pulsbredden kan endres.

Den elektriske industrien produserer ulike modifikasjoner av fullt regulerte tyristor DC-drivenheter. Blant dem er drev med 1:20 hastighetskontrollområder; 1:200; 1: 2000 ved å endre spenningen, irreversible og reversible drev, med og uten elektrisk brems. Kontroll utføres ved hjelp av transistorfasepulsenheter. Drivere bruker negativ tilbakemelding på motoromdreininger og e. teller etc. med

Fordelene med tyristordrev er høye energiegenskaper, liten størrelse og vekt, fravær av roterende maskineri annet enn en elektrisk motor, høy hastighet og konstant beredskap for arbeid.Den største ulempen med tyristordrev er deres fortsatt høye kostnader, som betydelig overstiger kostnadene for stasjoner med en elektrisk maskin og magnetiske forsterkere.

For tiden er det en jevn trend mot utbredt utskifting av tyristor DC-stasjoner med frekvensomformere med variabel frekvens.