Regulator de tensiune AC pe tiristoare.
Pentru a regla tensiunea alternativă în sarcină, regulatoarele cu tiristoare sunt utilizate pe scară largă. Cea mai simplă diagramă a unui astfel de regulator este prezentată în Fig. 5.17, a. Două tiristoare VS1 și VS2 sunt conectate spate la spate în paralel cu circuitul de sarcină Z H . Fiecare tiristor funcționează pe propriul său semiciclu (pozitiv sau negativ). Mai mult, ele se deschid cu un unghi de control α (Fig. 5.17, b) și se închid în momentul în care curentul de sarcină trece prin zero. Prin reglarea unghiului α, puteți regla tensiunea U H pe o gamă largă de la U H max = U c la U H min = 0.
Orez. 5.17. Schema (a) și diagramele de timp (b) ale regulatorului de tensiune AC
Cu toate acestea, această metodă de control distorsionează foarte mult forma curbei de tensiune și schimbă faza primei sale armonice.
Există un grup tot mai mare de consumatori de energie care necesită producție reglementată
Voltaj. Pentru a alimenta astfel de consumatori, se folosesc redresoare cu tiristoare:
monofazat la consum redus de curent și trifazat la putere mare.
În fig. 2.12 și este prezentată diagrama unui redresor controlat monofazat cu ieșire
punctul zero al transformatorului. Tiristoarele VS1 și VS2 sunt utilizate ca supape în redresor.
Când este indicat în fig. 2.12, iar polaritatea tensiunii secundare u2 a transformatorului Tr, tiristorul VS1 poate trece curent în" cu condiția ca semnalul de comandă Iy1 să fie recepționat la electrodul său de comandă. Acest semnal este furnizat cu o defazare față de momentul natural. deblocarea printr-un unghi α, numit unghi de control ( Fig. 2.12, b) Momentul deblocării naturale a tiristorului este momentul în care apare o tensiune pozitivă între anodul şi catodul tiristorului (la α = 0).
Când tiristorul este pornit cu o sarcină activă Rн în momentul de timp ωt = α
tensiunea de sarcină un crește brusc la valoarea un" = u2" (cu un tiristor ideal și un transformator ideal). La ωt = π, curentul supapei și curentul de sarcină devin zero, iar tiristorul VS1 este oprit. Înainte ca tiristorul VS2 să fie deblocat, apare o pauză neîntreruptă în sarcină; energia nu este transferată la sarcină. În momentul ωt = π + α, tiristorul VS2 este aplicat un impuls de control, tiristorul se deschide și sarcina este aplicată tensiunea un". Curentul circulă prin semiînfășurarea inferioară a transformatorului, tiristorul VS2 și sarcina, menținând aceeași direcție. În momentul ωt = 2 π, tiristorul VS2 se oprește.
Tensiunea medie de sarcină
Scăderea tensiunii medii Uav cu creșterea unghiului α este prezentată în Fig.
2.12, c. Dependența Uср(α) se numește caracteristica de control a redresorului.
Întârzierea de fază a semnalelor de control furnizate tiristoarelor se realizează folosind sisteme de control de fază în impulsuri.
Caracteristicile exterioare ale redresoarelor au forma unei curbe în scădere (vezi Fig. 12.6), deci o creștere a curentului de sarcină determină o scădere a tensiunii de ieșire. În același timp, pentru a alimenta multe dispozitive ale sistemului de control (motoare electrice, amplificatoare etc.), este necesar să se mențină tensiunea de ieșire la un anumit nivel, indiferent de curentul de sarcină. În acest scop, se folosesc redresoare controlate (reglate) care folosesc tiristoare, tranzistoare și alte dispozitive de control. Caracteristicile externe ale unor astfel de redresoare sunt prezentate în Fig. 12.6 este punctat și aproape de ideal.
Esența funcționării unui redresor controlat cu tiristor este luată în considerare folosind exemplul celui mai simplu circuit cu semi-undă (Fig. 12.7, a). Circuitul de control al tiristorului VS oferă o modificare a momentului pornirii acestuia, ceea ce ajută la menținerea valorii medii a tensiunii de sarcină la un anumit nivel, la diferite valori ale curentului de sarcină. În cazul unei sarcini active Rn, tiristorul VS este oprit automat în momentul în care tensiunea anodică a acestuia se apropie de zero. Astfel, atunci când tiristorul este pornit printr-un semnal estimat după unghiul de pornire, dispozitivul funcționează în modul comutator cu un timp de pornire.
unde T este perioada de oscilație a tensiunii de intrare u(t).
De exemplu, când α =0 timp
iar tiristorul VS este complet deschis în timpul semi-undelor pozitive ale tensiunii de alimentare.
care corespunde unei scăderi a timpului t u 1 de pornire a tiristorului cu 1/4, adică. cu 25% etc.
Pentru a explica mecanismul de control al circuitului tiristor din Fig. 12.7, b, c, d prezintă diagramele de timp ale tensiunii la sarcină. La cel mai mic unghi de comutare al tiristorului α =0 (Fig. 12.7, b), tensiunea medie pe sarcină are o valoare maximă pentru un circuit cu semi-undă (Fig. 12.7, a) egală cu
Dacă în modul de sarcină minimă (R n este mare, I n.sr este mic) asigurați, de exemplu, unghiul α = π/2 (Fig. 12.7, d), apoi, pe măsură ce sarcina crește, reduceți unghiul α (Fig. 12.7, c) , atunci este posibil să se obțină o valoare constantă a lui U n.av compensând o creștere a valorii lui ∆U av [vezi. (12.11)]. Acest principiu de control al unui redresor cu tiristoare se numește fază-impuls (vertical) și este utilizat pe scară largă în convertoarele tiristoare în diverse scopuri.
Orez. 12.7. Redresor semiundă cu tiristor: a - circuit (UE - electrod de comandă); b, c, d - diagrame temporale ale tensiunii redresate la diferite unghiuri de pornire a tiristoarelor
Circuite de control a tiristoarelor trebuie să genereze impulsuri de control la momente specificate corespunzătoare valorilor unghiului cerute. În același timp, pentru funcționarea fiabilă a tiristorului, sunt necesare impulsuri de scurtă durată cu o înclinație mare a marginii înainte. Un dispozitiv care asigură reglarea unghiului de comutare a tiristorului se numește defazător. Defazatoarele sunt ușor de obținut folosind o combinație a unui transformator cu elemente R și L. Cu toate acestea, din cauza pantei reduse a semnalului de control pe care îl generează, acestea nu sunt utilizate în circuitele cu tiristoare. Cele mai potrivite pentru aceste scopuri sunt defazatoarele semiconductoare cu generatoare de vârf încorporate bazate pe dinistori (tiristoare cu diode).
Cel mai simplu circuit de control al oscilatorului de vârf tiristorul VS1 este prezentat în Fig. 12.8, a. Este alcătuit dintr-un auto-oscilator dinistor de oscilații de relaxare (condensator Su și dinistorul VS2 conectate în paralel), care servește simultan ca generator de impulsuri de control pe termen scurt pentru tiristorul VS1 datorită utilizării rezistenței Ry în circuitul anodic al dinistorului. VS2.
În momentul semiundelor pozitive ale tensiunii de alimentare u(t), încărcarea condensatorului C y începe prin rezistența de reglare R p. Acest proces continuă până când tensiunea u C (t) de pe condensator atinge valoarea U on, suficientă pentru a comuta dinistorul VS2, adică.
Din acest moment t=t 1 (Fig. 12.8, b), dinistorul intră în modul de saturație (stare conductivă), caracterizat printr-o valoare extrem de scăzută a rezistenței sale de ieșire. Ca rezultat, condensatorul C y este descărcat prin dinistorul VS2 și rezistența R y, formând un impuls de curent de scurtă durată i y (Fig. 12.8, c) în circuitul de control al tiristorului VS1. Sfârșitul timpului de descărcare este determinat de o scădere a tensiunii pe dinistor la valoarea U off, adică momentul în timp t=t 2 (Fig. 12.8, b). În acest moment, dinistorul revine la starea de întrerupere. Condensatorul C y are din nou ocazia de a se încărca sub influența următoarei semi-unde a tensiunii u(t) care alimentează circuitul. Când rezistența rezistorului R r (Fig. 12.8, a) se modifică, parametrii circuitului de încărcare se modifică (τ z = R r С y) și, prin urmare, se observă o schimbare în timp a impulsurilor de control i y (Fig. 12.8, c). Acest lucru vă permite să modificați unghiul de comutare al tiristorului, oferind astfel o metodă fază-impuls pentru controlul tensiunii de ieșire (vezi Fig. 12.7).
Orez. 12.8. Schema de control al oscilatorului de vârf al unui tiristor (a); diagrame temporale ale tensiunii la condensator (b) și curentului de control al tiristorului (c)
Principiul considerat al controlului tiristorului poate fi utilizat atât pentru dispozitivele redresoare monofazate, cât și multifazate.
În redresoarele cu transformatoare la intrare, tensiunea la sarcină poate fi controlată de tiristoare conectate la circuitul de intrare AC, așa cum se arată în Fig. 12.9. Astfel de circuite sunt foarte promițătoare pentru redresoarele care folosesc transformatoare descendente, deoarece atunci când U 1 >>U 2 avem I 1<
Orez. 12.9. Circuit de control al redresorului tiristor cu undă completă
|
Redresorul controlat de tensiune (curent) tiristoare TVN este proiectat pentru a redresa tensiunea alternativă trifazată a rețelei și pentru a regla valoarea efectivă a acesteia la sarcină. Un redresor controlat poate fi folosit pentru a controla un motor de curent continuu, pentru a alimenta circuitele de excitație ale generatoarelor, elementelor de încălzire etc. Zvezda Electronics LLC are o vastă experiență în proiectarea și producția de redresoare reglabile. Produsele noastre se caracterizează prin fiabilitate ridicată, stabilitate, un sistem dezvoltat de setări, greutate și dimensiuni relativ mici și un preț rezonabil. Figura 1 prezintă schema bloc a redresorului. Se bazează pe șase tiristoare conectate folosind un circuit de punte trifazat Larionov și un sistem de control al impulsurilor fază (PPCS). SIFU implementează controlul puls-fază al tiristoarelor, datorită căruia tensiunea de ieșire este reglată. |
Figura 1 Schema bloc a redresorului reglabil trifazat TVN-3
Tensiunea de ieșire a redresorului este pulsatorie. Conține atât componente constante, cât și componente variabile. Componenta variabilă se manifestă sub formă de armonici superioare, care introduc distorsiuni neliniare în forma tensiunii de ieșire. Forma tensiunii și curentului de ieșire într-una dintre fazele tensiunii de alimentare este prezentată în Figura 2.
Figura 2 Tensiunea de ieșire a redresorului controlat (sus) și curentul în faza de alimentare (jos)
Acest lucru ar trebui să fie luat în considerare atunci când selectați un redresor pentru a alimenta o anumită sarcină. De exemplu, este inacceptabil să folosiți un redresor TVN pentru alimentarea echipamentelor electronice, deoarece ondulațiile din tensiunea de ieșire TVN pot duce la defecțiunea acestuia. Din acest motiv, TVN este de obicei folosit pentru a alimenta sarcini „aspre” - elemente de încălzire, înfășurări ale motorului electric etc.
La ieșirea redresorului este instalată o diodă shunt, ceea ce previne apariția unei tensiuni negative pe sarcină (nu este prezentată în Figura 1). Anodul său este conectat la „minus”, iar catodul la „plus”. Prezența unei astfel de diode este uneori necesară atunci când se lucrează la o sarcină foarte inductivă - înfășurarea unei mașini electrice, un separator de fier etc.
Tabelul 1 Caracteristicile tehnice ale TVN-3 (echipament standard)
|
Numărul de faze |
|
|
Tensiunea nominală de rețea, V |
198-242, 342/418 |
|
Frecvența rețelei |
50 Hz |
|
Curent nominal de sarcină |
40, 80, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000 A |
|
Filtru anti-aliasing |
Nu |
|
Controlul sursei de alimentare |
220 V 50 Hz |
|
Tensiune de ieșire |
0..230 V, 0..460 V |
|
Metoda de reglare |
Fază |
|
Semnal de control |
0..10 V, 0..20 mA, 4..20 mA, rezistență variabilă externă, rezistență variabilă încorporată, butoane panoului de control |
|
Pornire și oprire soft |
0..25 sec în trepte de 0.1 sec |
|
Tipul modulelor tiristoare |
Semikron, Ixys, Proton-Electrotex |
|
Disponibilitatea unui buton de oprire de urgență |
da |
|
Indicaţie |
Display cu cristale lichide cu 32 de caractere, LED-uri |
|
Contacte suplimentare |
3 relee programabile 220 V 5 A. Semnal de ieșire: „Funcționare”, „Alarmă”, „Gata” |
|
Protecție: scurtcircuit la ieșire |
Protecție electronică |
|
Protecție: suprasarcină continuă |
Protecție electronică |
|
Protecție: supraîncălzirea tiristoarelor |
Senzor de temperatura 80 C |
|
Protecție: pierdere de fază sau lipire de fază |
Electronic |
|
Capacitate de suprasarcină |
I = 1,5 in - 10 sec, I = 1,25 in - 30 sec, I = 1,1 in - 1 min |
|
Pragul de protecție la scurtcircuit |
I = 3..3.5 In |
|
Precizia menținerii tensiunii în modul de stabilizare a tensiunii |
2% Un |
|
Timp de stabilizare a tensiunii atunci când tensiunea rețelei sau a sarcinii crește cu 10% în modul de stabilizare a tensiunii |
2..3 sec |
|
Precizia menținerii curentului în modul de stabilizare a curentului |
2% în |
|
Timp de stabilizare curent când tensiunea de rețea sau de sarcină sare cu 10% în modul de stabilizare a curentului |
2..3 sec |
|
Răcire |
Forțat de ventilatoare încorporate |
|
Viața fanilor |
50000 ore |
|
Grad de protecție |
IP20 |
|
Temperatura ambientala |
0..40 C |
|
Umiditate relativă |
0..90% fără condens |
|
Izolatie |
Minimum 2,5 kV între șasiu, circuitul de alimentare și circuitele de control |
|
Mod de operare |
Pe termen lung, ciclu de lucru = 100% |
|
Durata de viață |
Cel puțin 10 ani |
|
Garanție |
12 luni |
Tabelul 2 Echipamente suplimentare pentru redresoare cu tiristoare controlate TVN-3
|
Întrerupător de circuit de intrare |
Comutarea tensiunii de alimentare, duplicarea suprasarcinii și protecția la scurtcircuit |
|
Ieșire curent de ieșire ca semnal analogic 0..10 V |
|
|
Suprimarea armonicilor superioare în rețeaua de alimentare, protejând alți consumatori de interferențe |
|
|
Protecție la supratensiune de intrare |
Instalarea descărcătoarelor de supratensiune fază-la-fază și fază-la-corp semiconductor (OSS) |
|
Dispozitive de monitorizare a tensiunii, curentului, puterii verificate |
Pointer sau digital |
|
Versiune într-un dulap de podea |
Dulapuri 1600x600x400, 1600x800x400, 1800x800x400 mm |
|
Interval de temperatură -40..+40 C |
Obținut prin eliminarea utilizării ventilatoarelor în favoarea răcirii naturale |
|
Alimentare 3x500 sau 3x660 V |
Alimentare cu tensiune de rețea nestandard |
|
Grad de protectie IP00 |
Versiune ca panou de montare pentru instalare într-un dulap electric |
|
Grad de protectie IP51 Protecție sporită împotriva prafului |
Se realizează prin instalarea de filtre suplimentare care necesită înlocuire sau curățare periodică |
|
Grad de protectie IP54, IP66 Versiune stradală sau marină |
Panoul de control cu comenzi și afișaj este „ascuns” în interiorul dulapului. Răcire - naturală, interval de temperatură -40..+40 C |
|
Priză 230 V cu împământare |
Pentru conectarea dispozitivelor suplimentare. Poate fi în interiorul dulapului sau în exterior |
|
Iluminare în interiorul dulapului |
Pentru service în zone slab iluminate |
|
Încălzitor anti-condens |
Încălzire în interiorul dulapului la temperaturi scăzute și umiditate ridicată |
|
Telecomandă |
Pentru telecomanda, cablu inclus. Lungimea cablului conform acordului, lungime maximă - 50 de metri |
|
Transformator |
Izolarea galvanică de la rețea |
|
Serviciu „Comandă urgentă”. |
Producție rapidă în 2-3 zile lucrătoare |
Atunci când funcționează redresoare, poate fi necesară modificarea (ajustarea) fără probleme a valorii tensiunii redresate. Acest lucru se poate face atât pe partea DC, cât și pe partea AC din Fig. 13.10, b). Deci, în timpul primei jumătăți de ciclu (/ 0 - b) tensiune de rețea pozitivă la anodul primului tiristor în timpul celui de-al doilea semiciclu - la anodul celui de-al doilea tiristor UYA 2. Deblocarea impulsurilor de tensiune și y[Și și y2 alimentat de la sistemul de comandă cu o anumită întârziere cu un unghi a t relativ la începutul tensiunilor pozitive și 2Și și 2 .
Orez. 13.10. Redresor monofazat cu semiundă folosind tiristoare: A- schema electrica; 6- diagrame de tensiune și curent
În momentul în care /i se deschide tiristorul, tensiune?/ 0 la sarcină eu sunt n crește brusc și apoi se modifică de-a lungul curbei tensiunii de fază și 2 . Momentan / 2 tensiune și 2 scade la zero, iar tiristorul KUi se închide. În momentul / 3, tiristorul K se deschide? 2 și rămâne deschisă până în momentul ґ 4, când tensiunea la anodul său scade la zero. În intervalul de timp / 2 - ґ 3, ambele tiristoare sunt închise, iar tensiunea pe sarcină este zero. Și astfel procesul se repetă. Sistemul de control poate modifica unghiul de control, ora de pornire a fiecărui tiristor și, prin urmare, tensiunea medie redresată si 0și curent / 0. Când funcționează pe o sarcină activă, curba curentului redresat urmează forma curbei tensiunii redresate?/o-
În redresoarele cu tiristoare, tensiunea redresată poate fi reglată fără probleme pe o gamă largă.
În Fig. 13.11. Aici tensiunea de control este furnizată tiristorului de la punctul de mijloc/înfășurarea secundară a transformării
tora 7U y. Tensiunea de control este furnizată celui de-al doilea tiristor din lanțul de defazare eu 2 C(puncte 2). Modificarea unghiului de deschidere a t este efectuată de un rezistor variabil eu 3. Diode VI)z și IO4 închid circuitele de control a tiristoarelor.
Procesele din circuit au loc după cum urmează. În semiciclul pozitiv al tensiunii de control iar la curentul de control trece prin circuit: punct /, rezistor eu, tiristor UYA, diodă У0 4, rezistență /? 3, punct 3. Tiristorul se deschide și curent redresat curge din înfășurarea secundară a transformatorului de putere ACEA prin K$i, încărcare eu sunt n, diodă U I
În timpul semiciclului negativ al tensiunii de comandă, curentul de comandă trece prin circuit: punct 3, rezistor am 3 ani, rezistor eu 2, Tiristor K$2, diodă UO h, punctul /. Tiristorul se deschide U3 2, iar curentul redresat curge din înfăşurarea secundară a transformatorului de putere ACEA prin UYA 2, sarcină Eu si, dioda K/) 2. Înfășurările transformatorului ACEAși 7U y sunt de obicei combinate pe un singur miez.
Unghiul de deschidere a t variază de la 20 la 160°. O astfel de răspândire în limitele de control este o consecință a faptului că, cu o tensiune sinusoidală, tiristoarele au o extindere mare în timpul de deschidere. Răspândirea controlului poate fi redusă prin aplicarea de impulsuri cu o margine anterioară abruptă la electrodul de control. În acest scop, se folosesc generatoare de impulsuri cu tranzistori.
Un circuit de punte trifazat al unui redresor controlat este prezentat în Fig. 13.12. Reglarea tensiunii de ieșire în circuitele trifazate se realizează în același mod ca și în circuitele monofazate. Tiristoarele sunt deschise prin impulsuri de control și blocate atunci când anozii lor li se aplică tensiune negativă.
Redresoare reglabile cu tiristoare
Cel mai simplu încărcător puternic poate fi asamblat folosind tiristoare de putere. În astfel de circuite, ele îndeplinesc funcția de redresoare, cărora li se aplică controlul de fază.
După cum știți, un tiristor se deschide atunci când curentul trece prin electrodul de control. Valorile tensiunii și curentului pot fi găsite în cărțile de referință și fișele tehnice. Tiristoarele de putere necesită un impuls pentru a se deschide, ceea ce face controlul economic, dar complică circuitul. Tiristorul se închide, ca un triac, el însuși, la zero al sinusoidei.
Deoarece luăm în considerare cele mai simple circuite, vom lua în considerare o variantă de control convențional de fază, care este potrivită pentru testare. Prima opțiune este cu un transformator care are două înfășurări de putere secundară (sau una cu un punct de mijloc). În acest caz, sunt necesare doar două elemente redresoare, al căror rol este jucat de tiristoare. Partea de putere este marcată cu roșu pe diagramă.
Deoarece sunt de obicei necesare încărcătoare puternice pentru bateriile de înaltă tensiune, obținerea unei tensiuni de control scăzute de la înfășurarea secundară a puterii nu este profitabilă din cauza disipării unei puteri mari pe rezistorul de stingere, care servește și ca rezistor de reglare. Prin urmare, pentru alimentarea circuitelor de control, marcate cu verde pe diagramă, există o înfășurare suplimentară care poate fi înfășurată cu ușurință cu un fir de montare pe orice parte a transformatorului. Numărul de spire trebuie selectat astfel încât tensiunea să corespundă plăcuței de identificare pentru un anumit tiristor.
Controlul fazelor funcționează foarte simplu. Prin rezistența de reglare R1, condensatoarele C1 și C2 sunt încărcate. Timpul lor de încărcare depinde de capacitatea și rezistența rezistenței. Acest timp determină momentul în care tiristorul se deschide. Cu cât rezistența este mai mică, cu atât condensatorul se va încărca mai repede și tiristorul se va deschide mai devreme într-un anumit semiciclu și cu atât sarcina va primi mai mult curent. Pentru tiristoarele T161 au fost necesare condensatoare de 100 μF și o rezistență de 33 ohmi. Vă rugăm să rețineți că curentul diodei punții DB1, puterea rezistorului R1 și curentul diodelor D1 și D2 trebuie să corespundă curenților de control ai tiristoarelor.
Circuitul unui încărcător reglabil puternic pentru un transformator cu o singură înfășurare de putere va diferi doar prin faptul că necesită o punte cu drepturi depline de patru elemente redresoare. Ca doi dintre ei folosim diode de putere VD1 și VD2. Partea de control a circuitului rămâne aceeași.
Dacă tensiunea înfășurării de putere este scăzută, atunci tensiunea pentru controlul tiristoarelor regulatorului poate fi preluată de la aceasta.
După cum sa menționat deja, aceste circuite sunt potrivite doar pentru testarea funcționării regulatoarelor cu tiristoare; Un astfel de control este permis numai la curenți relativ mici. Pentru a controla tiristoarele de putere puternice care funcționează la curenți mari, controlul ar trebui să se facă în impulsuri. O posibilă diagramă a unui astfel de control este prezentată mai jos:
Tranzistorul unijunction aici poate fi înlocuit cu un analog de două bipolare. Se deschide atunci când tensiunea pe condensatorul C1 atinge o anumită valoare, iar acest timp este determinat, ca și în circuitul anterior, de capacitate și rezistență. Pentru ca impulsul de control să fie curent, a fost adăugat tranzistorul VT2. Transformatorul trebuie să aibă un raport de înfășurare de 1:1 și să fie pulsat, de preferință din permalloy. Etanarea înfășurărilor este aceeași ca în diagrama originală de pe Internet și poate că există o eroare aici. Pentru a controla două tiristoare, la acest transformator ar trebui adăugată încă o înfășurare.
