Penggerak listrik thyristor

Dalam industri, aktuator dengan katup semikonduktor terkontrol - thyristor - banyak digunakan. Thyristor diproduksi untuk arus hingga ratusan ampere, untuk voltase hingga 1000 volt atau lebih. Mereka dibedakan oleh efisiensi tinggi, ukuran yang relatif kecil, kecepatan tinggi dan kemampuan untuk bekerja dalam berbagai suhu lingkungan (dari -60 hingga +60 ° C).

Thyristor bukanlah perangkat yang sepenuhnya dapat dikontrol, yang dihidupkan dengan menerapkan potensi yang sesuai ke elektroda kontrol, dan dimatikan hanya dengan pemutusan paksa rangkaian arus karena gangguan tegangan, transisi alaminya melalui nol atau suplai redaman tegangan berlawanan tanda. Dengan mengubah waktu pasokan tegangan kontrol (penundaannya), Anda dapat menyesuaikan nilai rata-rata tegangan yang diperbaiki dan dengan demikian kecepatan motor.

Nilai rata-rata dari tegangan yang diperbaiki dengan tidak adanya regulasi terutama ditentukan oleh rangkaian switching dari konverter thyristor. Sirkuit transduser dibagi menjadi dua kelas: zero-pull dan bridged.

Dalam instalasi daya menengah dan tinggi, rangkaian konverter jembatan terutama digunakan, yang terutama karena dua alasan:

• lebih sedikit tegangan pada masing-masing thyristor,

• tidak adanya komponen arus konstan yang mengalir melalui belitan transformator.

Sirkuit konverter juga dapat berbeda dalam jumlah fase: dari satu di instalasi berdaya rendah hingga 12 — 24 di konverter yang kuat.

Semua varian konverter thyristor bersama dengan sifat positif, seperti inersia rendah, kurangnya elemen berputar, ukurannya lebih kecil (dibandingkan dengan konverter elektromekanis), memiliki sejumlah kelemahan:

1. Koneksi keras ke jaringan: semua fluktuasi tegangan di jaringan ditransmisikan langsung ke sistem penggerak dan beban meningkat, sumbu motor segera ditransfer ke jaringan dan menyebabkan guncangan arus.

2. Faktor daya rendah saat mengatur tegangan turun.

3. Menghasilkan harmonik yang lebih tinggi, memuat jaringan listrik.

Karakteristik mekanis motor yang digerakkan oleh konverter thyristor ditentukan oleh tegangan yang diterapkan pada armatur dan sifat perubahannya dengan beban, yaitu karakteristik eksternal konverter dan parameter konverter dan motor.

Perangkat dan prinsip pengoperasian thyristor

Thyristor (Gbr. 1, a) adalah semikonduktor silikon empat lapis dengan dua sambungan pn dan satu sambungan np. Besarnya arus Azmelewati thyristor di bawah aksi tegangan anoda Ua tergantung pada arus Azselama kontrol melewati elektroda kontrol di bawah aksi tegangan kontrol Uy.

Jika tidak ada arus kontrol (Azy = 0), maka ketika tegangan U meningkat, arus A di sirkuit pengguna P akan meningkat, namun tetap dengan nilai yang sangat kecil (Gbr. 1, b).

Beras. 1. Diagram blok (a), karakteristik arus-tegangan (b) dan konstruksi (c) thyristor

Pada saat ini, persimpangan n-p yang dihidupkan ke arah non-konduktor memiliki resistansi yang tinggi. Pada nilai tertentu Ua1 dari tegangan anoda, yang disebut tegangan bukaan, penyalaan atau penyalaan, terjadi kerusakan longsoran lapisan pemblokiran Resistansinya menjadi kecil dan kekuatan arus meningkat ke nilai yang ditentukan sesuai dengan hukum Ohm oleh resistansi Rp pengguna P.

Saat arus Iу meningkat, tegangan Ua berkurang. Iu saat ini, di mana tegangan Ua mencapai nilai terendah, disebut arus I dengan koreksi.

Thyristor menutup ketika tegangan Ua dihilangkan atau ketika tandanya berubah. Arus pengenal I thyristor adalah nilai rata-rata terbesar dari arus yang mengalir ke arah depan, yang tidak menyebabkan panas berlebih yang tidak dapat diterima.

Tegangan nominal Un disebut tegangan amplitudo tertinggi yang diizinkan di mana keandalan perangkat yang diberikan dipastikan.

Penurunan tegangan ΔTidak tercipta oleh arus nominal disebut penurunan tegangan nominal (biasanya ΔUn = 1 — 2 V).

Nilai kekuatan arus Ic dari koreksi berfluktuasi dalam batas 0,1 — 0,4 A pada tegangan Uc 6 — 8 V.

Thyristor dapat dibuka dengan andal dengan durasi pulsa 20 — 30 μs. Interval antara pulsa tidak boleh kurang dari 100 μs. Ketika tegangan Ua turun menjadi nol, thyristor mati.

Desain eksternal thyristor ditunjukkan pada gambar.1, v… Berbasis tembaga 1 enam belas silikon struktur empat lapis 2 dengan ekor berulir, dengan daya negatif 3 dan kontrol 4 keluaran. Struktur silikon dilindungi oleh rumahan logam berbentuk silinder 5. Isolator dipasang di rumahan 6. Benang di alas 1 digunakan untuk memasang thyristor dan untuk menghubungkan sumber tegangan anoda ke kutub positif.

Dengan meningkatnya tegangan Ua, arus kontrol yang diperlukan untuk membuka thyristor berkurang (lihat Gambar 1, b). Arus bukaan kontrol sebanding dengan tegangan bukaan kontrol uyo.

Jika Uа berubah sesuai dengan hukum sinusoidal (Gbr. 2), maka tegangan yang diperlukan dan bukaan 0 dapat digambarkan dengan garis putus-putus. Jika tegangan kontrol yang diterapkan Uy1 konstan dan nilainya di bawah nilai minimum tegangan uuo, maka thyristor tidak akan terbuka.

Jika tegangan kontrol dinaikkan ke nilai Uy2, thyristor akan terbuka segera setelah tegangan Uy2 menjadi lebih besar dari tegangan uyo. Dengan mengubah nilai uу, Anda dapat mengubah sudut bukaan thyristor dalam kisaran dari 0 hingga 90°.

Beras. 2. Kontrol thyristor

Untuk membuka thyristor pada sudut di atas 90 °, tegangan kontrol variabel uy digunakan, yang berubah, misalnya, secara sinusoidal. Pada tegangan yang sesuai dengan perpotongan gelombang sinus tegangan ini dengan kurva putus-putus uuo = f (ωt), Tiristor terbuka.

Dengan menggerakkan sinusoid uyo secara horizontal ke kanan atau kiri, Anda dapat mengubah sudut pembukaan thyristor ωt0. Kontrol sudut bukaan ini disebut horizontal. Itu dilakukan dengan menggunakan sakelar fase khusus.

Dengan menggerakkan gelombang sinus yang sama secara vertikal ke atas atau ke bawah, Anda juga dapat mengubah sudut bukaan. Manajemen seperti itu disebut vertikal. Dalam hal ini, dengan kontrol tegangan variabel tyy, tambahkan tegangan konstan secara aljabar, misalnya tegangan Uy1... Sudut bukaan disesuaikan dengan mengubah besarnya tegangan ini.

Setelah dibuka, thyristor tetap terbuka hingga akhir setengah siklus positif dan tegangan kontrol tidak mempengaruhi operasinya. Ini juga memungkinkan untuk menerapkan kontrol pulsa dengan menerapkan pulsa tegangan kontrol positif secara berkala pada waktu yang tepat (Gbr. 2 bawah). Ini meningkatkan kejelasan kontrol.

Dengan mengubah sudut bukaan thyristor dengan satu atau lain cara, pulsa tegangan dari berbagai bentuk dapat diterapkan ke pengguna. Ini mengubah nilai tegangan rata-rata di terminal pengguna.

Berbagai perangkat digunakan untuk mengontrol thyristor. Dalam skema yang ditunjukkan pada gambar. 3, tegangan listrik AC diterapkan ke belitan primer transformator Tp1.

Beras. 3. Sirkuit kontrol thyristor

Penyearah gelombang penuh B termasuk dalam rangkaian sekunder transformator ini.1, B2, B3, B4 dengan induktansi L yang signifikan di rangkaian DC. Arus gelombang praktis praktis dihilangkan. Tetapi arus searah seperti itu hanya dapat diperoleh dengan penyearah gelombang penuh dari arus bolak-balik yang bentuknya ditunjukkan pada Gambar. 4, sebuah.

Jadi, dalam hal ini penyearah B1, B2, B3, B4 (lihat Gambar 3) adalah konverter dalam bentuk arus bolak-balik. Dalam skema ini, kapasitor C1 dan C2 bergantian secara seri dengan pulsa arus persegi panjang (Gbr. 4, a).Dalam hal ini, pada pelat kapasitor C1 dan C2 (Gbr. 4, b), tegangan gigi gergaji melintang terbentuk, diterapkan pada basis transistor T1 dan T2 (lihat Gbr. 3).

Tegangan ini disebut tegangan referensi. Tegangan DC Uy juga bekerja di sirkuit utama masing-masing transistor. Ketika tegangan gergaji nol, tegangan Uy menciptakan potensi positif pada basis kedua transistor. Setiap transistor terbuka dengan arus basis pada potensial basis negatif.

Ini terjadi ketika nilai negatif dari tegangan referensi gergaji ternyata lebih besar dari Uy (Gbr. 4, b). Kondisi ini terpenuhi tergantung pada nilai Uy pada nilai sudut fase yang berbeda. Dalam hal ini, transistor terbuka untuk periode waktu yang berbeda, tergantung pada besarnya tegangan Uy.

Beras. 4. Diagram tegangan kontrol thyristor

Ketika satu atau transistor lainnya terbuka, pulsa arus persegi panjang melewati belitan primer transformator Tr2 atau Tr3 (lihat Gambar 3). Ketika ujung depan pulsa ini lewat, pulsa tegangan terjadi pada belitan sekunder, yang diterapkan ke elektroda kontrol thyristor.

Ketika bagian belakang pulsa arus melewati belitan sekunder, pulsa tegangan dengan polaritas berlawanan terjadi. Pulsa ini ditutup oleh dioda semikonduktor yang melewati belitan sekunder dan tidak diterapkan ke thyristor.

Ketika thyristor dikontrol (lihat Gbr. 3) dengan dua transformator, dua pulsa dihasilkan, fasa bergeser 180 °.

Sistem kontrol motor thyristor

Dalam sistem kontrol thyristor untuk motor DC, perubahan tegangan jangkar DC motor digunakan untuk mengontrol kecepatannya. Dalam kasus ini, skema perbaikan multifase biasanya digunakan.

Dalam gambar. 5, dan diagram paling sederhana dari jenis ini ditunjukkan dengan garis padat. Di sirkuit ini, masing-masing thyristor T1, T2, T3 dihubungkan secara seri dengan belitan sekunder transformator dan angker motor; NS. dll. c. belitan sekunder tidak sefasa. Oleh karena itu, pulsa tegangan yang bergeser fasa relatif satu sama lain diterapkan ke angker motor saat mengontrol sudut bukaan thyristor.

Beras. 5. Sirkuit penggerak thyristor

Dalam rangkaian polifase, arus terputus-putus dan kontinu dapat melewati jangkar motor, tergantung pada sudut penyalaan thyristor yang dipilih. Penggerak listrik yang dapat dibalik (Gbr. 5, a, seluruh sirkuit) menggunakan dua set thyristor: T1, T2, T3 dan T4, T5, T6.

Dengan membuka thyristor dari kelompok tertentu, mereka mengubah arah arus di jangkar motor listrik dan, karenanya, arah putarannya.

Membalikkan motor juga dapat dicapai dengan mengubah arah arus di belitan medan motor. Kebalikan seperti itu digunakan dalam kasus di mana kecepatan tinggi tidak diperlukan karena belitan medan memiliki induktansi yang sangat tinggi dibandingkan dengan belitan jangkar. Langkah mundur seperti itu sering digunakan untuk penggerak thyristor dari gerakan utama mesin pemotong logam.

Set thyristor kedua juga memungkinkan untuk melakukan mode pengereman yang membutuhkan perubahan arah arus di angker motor listrik.Thyristor di sirkuit penggerak yang dipertimbangkan digunakan untuk menghidupkan dan mematikan motor, serta untuk membatasi arus start dan pengereman, menghilangkan kebutuhan untuk menggunakan kontaktor, serta rheostat start dan pengereman.

Di sirkuit penggerak thyristor DC, transformator daya tidak diinginkan Mereka meningkatkan ukuran dan biaya pemasangan, sehingga sering menggunakan sirkuit yang ditunjukkan pada Gambar. 5 B.

Di sirkuit ini, pengapian thyristor dikendalikan oleh unit kontrol BU1. Itu terhubung ke jaringan arus tiga fase, dengan demikian memberikan daya dan mencocokkan fase pulsa kontrol dengan tegangan anoda thyristor.

Penggerak thyristor biasanya menggunakan umpan balik kecepatan motor. Dalam hal ini, tachogenerator T dan penguat transistor perantara UT digunakan. Umpan balik email juga digunakan. dll. c. motor listrik, diwujudkan dengan aksi umpan balik negatif tegangan dan umpan balik positif arus jangkar secara simultan.

Untuk mengatur arus eksitasi, digunakan thyristor T7 dengan unit kontrol BU2. Pada setengah siklus negatif dari tegangan anoda, ketika thyristor T7 tidak melewati arus, arus dalam OVD terus mengalir karena e. dll. c.induksi sendiri, menutup melalui katup bypass B1.

Penggerak listrik thyristor dengan kontrol lebar pulsa

Dalam drive thyristor yang dipertimbangkan, motor ditenagai oleh pulsa tegangan dengan frekuensi 50 Hz. Untuk meningkatkan kecepatan respons, disarankan untuk meningkatkan frekuensi pulsa.Hal ini dicapai dalam penggerak thyristor dengan kontrol lebar pulsa, di mana pulsa DC persegi panjang dengan durasi bervariasi (garis lintang) dengan frekuensi hingga 2-5 kHz melewati angker motor. Selain respons kecepatan tinggi, kontrol tersebut memberikan rentang kontrol kecepatan motor yang besar dan kinerja energi yang lebih tinggi.

Dengan kontrol lebar pulsa, motor ditenagai oleh penyearah yang tidak terkontrol, dan thyristor yang terhubung secara seri dengan angker ditutup dan dibuka secara berkala. Dalam hal ini, pulsa DC melewati rangkaian jangkar motor. Perubahan durasi (garis lintang) dari pulsa tersebut mengakibatkan perubahan kecepatan putaran motor listrik.

Karena dalam hal ini thyristor beroperasi pada tegangan konstan, sirkuit khusus digunakan untuk menutupnya. Salah satu skema kontrol lebar pulsa paling sederhana ditunjukkan pada Gambar. 6.

Beras. 6. Penggerak listrik thyristor dengan kontrol lebar pulsa

Di sirkuit ini, thyristor Tr dimatikan ketika thyristor redaman Tr dihidupkan. Ketika thyristor ini terbuka, kapasitor C yang terisi daya dibuang ke mencekik Dr1, menciptakan e signifikan. dll. c. Dalam hal ini, tegangan muncul di ujung choke, yang lebih besar dari tegangan U penyearah dan diarahkan ke sana.

Melalui penyearah dan dioda shunt D1, tegangan ini diterapkan ke thyristor Tr dan menyebabkannya mati. Ketika thyristor dimatikan, kapasitor C diisi ulang ke tegangan switching Uc > U.

Karena peningkatan frekuensi pulsa arus dan inersia angker motor, sifat pulsa catu daya praktis tidak tercermin dalam kelancaran putaran motor. Thyristor Tr dan Tr dibuka oleh sirkuit pergeseran fasa khusus yang memungkinkan lebar pulsa diubah.

Industri kelistrikan menghasilkan berbagai modifikasi penggerak daya DC thyristor yang diatur sepenuhnya. Diantaranya adalah drive dengan rentang kendali kecepatan 1:20; 1: 200; 1: 2000 dengan mengubah voltase, drive ireversibel dan reversibel, dengan dan tanpa pengereman listrik. Kontrol dilakukan melalui perangkat fase-pulsa transistor. Drive menggunakan umpan balik negatif pada rpm motor dan e.counter dll. dengan

Keuntungan dari penggerak thyristor adalah karakteristik energi yang tinggi, ukuran dan berat yang kecil, tidak adanya mesin yang berputar selain motor listrik, kecepatan tinggi dan kesiapan yang konstan untuk bekerja.Kerugian utama dari penggerak thyristor adalah biayanya yang masih tinggi, yang secara signifikan melebihi biaya drive dengan mesin listrik dan amplifier magnetik.

Saat ini, ada kecenderungan stabil untuk mengganti drive thyristor DC secara luas drive AC frekuensi variabel.