כונן חשמלי תיריסטור

בתעשייה, מפעילים עם שסתומי מוליכים למחצה מבוקרים - תיריסטורים - נמצאים בשימוש נרחב. תיריסטורים מיוצרים עבור זרמים של עד מאות אמפר, עבור מתחים של עד 1000 וולט או יותר. הם נבדלים על ידי יעילות גבוהה, גודל קטן יחסית, מהירות גבוהה ויכולת לעבוד במגוון רחב של טמפרטורות סביבה (מ -60 עד +60 מעלות צלזיוס).

התיריסטור אינו מכשיר הניתן לשליטה מלאה, המופעל על ידי הפעלת הפוטנציאל המתאים על אלקטרודת הבקרה, והוא כבוי רק על ידי הפסקה מאולצת של מעגל הזרם עקב מתח הפרעה, המעבר הטבעי שלו דרך אפס או אספקת שיכוך מתח של הסימן הנגדי. על ידי שינוי תזמון אספקת מתח הבקרה (השהיה שלו), ניתן להתאים את הערך הממוצע של המתח המיושר ובכך את מהירות המנוע.

הערך הממוצע של המתח המיושר בהיעדר ויסות נקבע בעיקר על ידי מעגל המיתוג של ממיר התיריסטור. מעגלי מתמר מחולקים לשתי מחלקות: אפס משיכה ומגושר.

בהתקנות הספק בינוני וגבוה, משתמשים בעיקר במעגלי ממירי גשר, אשר בעיקר משתי סיבות:

• פחות מתח בכל אחד מהתיריסטורים,

• היעדר רכיב זרם קבוע הזורם דרך פיתולי השנאי.

מעגלי הממיר יכולים להיות שונים גם במספר השלבים: מאחד במתקנים בעלי הספק נמוך ועד 12 - 24 בממירים רבי עוצמה.

לכל הגרסאות של ממירי תיריסטורים יחד עם תכונות חיוביות, כגון אינרציה נמוכה, חוסר אלמנטים מסתובבים, קטנים יותר (בהשוואה לממירים אלקטרו-מכאניים), יש מספר חסרונות:

1. חיבור קשיח לרשת: כל תנודות המתח ברשת מועברות ישירות למערכת ההנעה והעומס גדל, צירי המנוע מועברים מיד לרשת וגורמים לזעזועים זרם.

2. מקדם הספק נמוך בעת התאמת המתח למטה.

3. יצירת הרמוניות גבוהות יותר, עומס על רשת החשמל.

מאפיינים מכניים של מנוע המונע על ידי ממיר תיריסטור נקבעים על ידי המתח המופעל על האבזור ואופי השינוי שלו עם העומס, כלומר, המאפיינים החיצוניים של הממיר והפרמטרים של הממיר והמנוע.

המכשיר ועקרון הפעולה של התיריסטור

תיריסטור (איור 1, א) הוא מוליך למחצה סיליקון בעל ארבע שכבות עם שני חיבורי pn וצומת n-p אחד. גודל הזרם Az העובר דרך התיריסטור בפעולת מתח האנודה Ua תלוי בזרם Az במהלך הבקרה העוברת דרך אלקטרודת הבקרה תחת פעולת מתח הבקרה Uy.

אם אין זרם בקרה (Azy = 0), אז ככל שהמתח U עולה, הזרם A במעגל של המשתמש P יגדל, עם זאת, יישאר ערך קטן מאוד (איור 1, ב).

אורז. 1. דיאגרמת בלוקים (א), מאפיין זרם-מתח (ב) ומבנה (ג) של התיריסטור

בשלב זה, לצומת n-p המופעל בכיוון הלא מוליך יש התנגדות גבוהה. בערך מסוים Ua1 של מתח האנודה, הנקרא מתח הפתיחה, ההצתה או המיתוג, מתרחשת התמוטטות מפולת של שכבת החסימה.ההתנגדות שלה נעשית קטנה ועוצמת הזרם עולה לערך שנקבע בהתאם לחוק אוהם ע"י ההתנגדות Rp. של המשתמש P.

ככל שהזרם Iу גדל, המתח Ua יורד. הזרם Iu, שבו המתח Ua מגיע לערך הנמוך ביותר, נקרא הזרם I עם תיקון.

התיריסטור נסגר כאשר המתח Ua מוסר או כאשר הסימן שלו משתנה. הזרם המדורג I של התיריסטור הוא הערך הממוצע הגדול ביותר של הזרם הזורם בכיוון קדימה שאינו גורם להתחממות יתר בלתי מתקבלת על הדעת.

המתח הנומינלי Un נקרא מתח המשרעת הגבוה ביותר המותר בו מובטחת האמינות הנתונה של המכשיר.

מפל המתח Δלא נוצר על ידי הזרם הנומינלי נקרא מפל המתח הנומינלי (בדרך כלל ΔUn = 1 - 2 V).

הערך של עוצמת הזרם Ic של התיקון משתנה בגבולות של 0.1 - 0.4 A במתח Uc 6 - 8 V.

התיריסטור נפתח בצורה מהימנה עם משך דופק של 20 - 30 μs. המרווח בין הפולסים לא צריך להיות קטן מ-100 μs. כאשר המתח Ua יורד לאפס, התיריסטור נכבה.

העיצוב החיצוני של התיריסטור מוצג באיור.1, v... על בסיס נחושת 1 מבנה ארבע שכבתי סיליקון שישה עשר 2 עם זנב מושחל, עם הספק שלילי 3 ושליטה ב-4 יציאות. מבנה הסיליקון מוגן על ידי בית מתכת גלילי 5. המבודד מקובע בבית 6. חוט בבסיס 1 משמש להתקנת תיריסטור ולחיבור מקור מתח האנודה לקוטב החיובי.

ככל שהמתח Ua עולה, זרם הבקרה הנדרש לפתיחת התיריסטור פוחת (ראה איור 1, ב). זרם פתיחת הבקרה פרופורציונלי למתח פתיחת הבקרה uyo.

אם Uа משתנה בהתאם לחוק הסינוסואידי (איור 2), אזי ניתן לתאר את המתח הנדרש ופתח 0 באמצעות קו מקווקו. אם מתח הבקרה המופעל Uy1 קבוע והערך שלו נמוך מהערך המינימלי של המתח uuo, אז התיריסטור לא נפתח.

אם מתח הבקרה מוגדל לערך Uy2, התיריסטור ייפתח ברגע שהמתח Uy2 הופך להיות גדול מהמתח uyo. על ידי שינוי ערך uу, ניתן לשנות את זווית הפתיחה של התיריסטור בטווח שבין 0 ל-90°.

אורז. 2. בקרת תיריסטורים

כדי לפתוח את התיריסטור בזוויות מעל 90 מעלות, נעשה שימוש במתח בקרה משתנה uy, המשתנה, למשל, בצורה סינוסואידית. במתח המתאים לחיתוך גל הסינוס של המתח הזה עם העקומה המקווקות uuo = f (ωt), הטיריסטור נפתח.

על ידי הזזת uyo הסינוסואיד אופקית ימינה או שמאלה, ניתן לשנות את הזווית ωt0 פתיחת התיריסטור. בקרת זווית פתיחה זו נקראת אופקית. זה מתבצע באמצעות מתגי פאזה מיוחדים.

על ידי הזזת אותו גל סינוס אנכית למעלה או למטה, אתה יכול גם לשנות את זווית הפתיחה. ניהול כזה נקרא אנכי. במקרה זה, עם בקרת מתח משתנה tyy, הוסף מתח קבוע באופן אלגברי, למשל, המתח Uy1... זווית הפתיחה מותאמת על ידי שינוי גודל המתח הזה.

לאחר פתיחתו, התיריסטור נשאר פתוח עד סוף חצי המחזור החיובי ומתח הבקרה אינו משפיע על פעולתו. זה גם מאפשר להפעיל בקרת דופק על ידי הפעלת פולסי מתח בקרה חיוביים מעת לעת בזמן הנכון (איור 2 למטה). זה מגביר את בהירות הבקרה.

על ידי שינוי זווית הפתיחה של התיריסטור בצורה כזו או אחרת, ניתן להפעיל פולסי מתח בצורות שונות על המשתמש. זה משנה את ערך המתח הממוצע במסופים של המשתמש.

מכשירים שונים משמשים לשליטה בתיריסטורים. בתכנית המוצגת באיור. 3, מתח ה-AC מופעל על הפיתול הראשוני של השנאי Tp1.

אורז. 3. מעגל בקרת תיריסטור

מיישר גל מלא B כלול במעגל המשני של שנאי זה.1, B2, B3, B4 עם השראות משמעותית L במעגל DC. זרם הגל המעשי מתבטל כמעט. אבל זרם ישר כזה ניתן להשיג רק על ידי תיקון גל מלא של זרם חילופין בעל הצורה המוצגת באיור. 4, א.

לפיכך, במקרה זה, המיישר B1, B2, B3, B4 (ראה איור 3) הוא ממיר בצורה של זרם חילופין. בתכנית זו, הקבלים C1 ו-C2 מתחלפים בסדרה עם פולסי זרם מלבניים (איור 4, א).במקרה זה, על הלוחות של הקבלים C1 ו-C2 (איור 4, ב), נוצר מתח שן מסור רוחבי, המופעל על בסיסי הטרנזיסטורים T1 ו-T2 (ראה איור 3).

מתח זה נקרא מתח הייחוס. מתח DC Uy פועל גם במעגל הראשי של כל טרנזיסטור. כאשר מתח המסור הוא אפס, המתח Uy יוצר פוטנציאלים חיוביים בבסיס שני הטרנזיסטורים. כל טרנזיסטור נפתח בזרם בסיס בפוטנציאל בסיס שלילי.

זה קורה כאשר הערכים השליליים של מתח הייחוס של המסור מתבררים כגדולים מ-Uy (איור 4, ב). תנאי זה מתקיים בהתאם לערך של Uy בערכים שונים של זווית הפאזה. במקרה זה, הטרנזיסטור נפתח לפרקי זמן שונים, בהתאם לגודל המתח Uy.

אורז. 4. דיאגרמות של מתחי בקרת תיריסטורים

כאשר טרנזיסטור אחד או אחר נפתח, דופק זרם מלבני עובר דרך הפיתול הראשוני של השנאי Tr2 או Tr3 (ראה איור 3). כאשר הקצה המוביל של הדופק הזה עובר, מתרחשת דופק מתח בפיתול המשני, המופעל על אלקטרודת הבקרה של התיריסטור.

כאשר החלק האחורי של הדופק הנוכחי עובר דרך הפיתול המשנית, מתרחשת דופק מתח בקוטביות הפוכה. פעימה זו נסגרת על ידי דיודה מוליכים למחצה שעוקפת את הפיתול המשני ואינה מופעלת על התיריסטור.

כאשר התיריסטורים נשלטים (ראה איור 3) עם שני שנאים, נוצרים שני פולסים, המוזזים בפאזה ב-180 מעלות.

מערכות בקרת מנוע תיריסטור

במערכות בקרת תיריסטורים עבור מנועי DC, שינוי במתח אבזור DC של המנוע משמש כדי לשלוט על מהירותו. במקרים אלה, בדרך כלל נעשה שימוש בסכימות תיקון רב-שלביות.

באיור. 5, והתרשים הפשוט ביותר מסוג זה מוצג בקו מלא. במעגל זה, כל אחד מהתיריסטורים T1, T2, T3 מחובר בסדרה עם הפיתול המשני של השנאי ואבזור המנוע; נ.ס. וכו ' ג. הפיתולים המשניים מחוץ לפאזה. לכן, פעימות מתח המוזות פאזה ביחס זה לזה מופעלות על אבזור המנוע בעת שליטה על זווית הפתיחה של התיריסטורים.

אורז. 5. מעגלי הנעה של תיריסטור

במעגל רב פאזי, זרמים לסירוגין ומתמשכים יכולים לעבור דרך אבזור המנוע, בהתאם לזווית הירי שנבחרה של התיריסטורים. כונן חשמלי הפיך (איור 5, א, המעגל כולו) משתמש בשתי קבוצות של תיריסטורים: T1, T2, T3 ו-T4, T5, T6.

על ידי פתיחת תיריסטורים של קבוצה מסוימת, הם משנים את כיוון הזרם באבזור המנוע החשמלי ובהתאם, את כיוון סיבובו.

היפוך המנוע יכול להתבצע גם על ידי שינוי כיוון הזרם בפיתול השדה של המנוע. הפוך כזה משמש במקרים בהם לא נדרשת מהירות גבוהה מכיוון שלפיתול השדה יש ​​השראות גבוהה מאוד בהשוואה לליפוף האבזור. מהלך הפוך כזה משמש לעתים קרובות עבור כונני תיריסטורים של התנועה העיקרית של מכונות חיתוך מתכת.

הסט השני של תיריסטורים מאפשר גם לבצע מצבי בלימה הדורשים שינוי בכיוון הזרם באבזור המנוע החשמלי.תיריסטורים במעגלי ההנעה הנחשבים משמשים להפעלה וכיבוי של המנוע, כמו גם להגבלת זרמי ההתנעה והבלימה, תוך ביטול הצורך בשימוש במגעים, כמו גם ריאוסטטים להתנעה ולבלימה.

במעגלי כונן תיריסטורים DC, שנאי כוח אינם רצויים. הם מגדילים את הגודל והעלות של ההתקנה, ולכן הם משתמשים לעתים קרובות במעגל המוצג באיור. 5 ב.

במעגל זה, ההצתה של התיריסטור נשלטת על ידי יחידת הבקרה BU1. הוא מחובר לרשת זרם תלת פאזי, ובכך מספק כוח והתאמה בין שלבי פולסי הבקרה למתח האנודה של התיריסטורים.

כונן תיריסטור משתמש בדרך כלל במשוב מהירות מנוע. במקרה זה, נעשה שימוש בטכוגנרטור T ובמגבר טרנזיסטור ביניים UT. נעשה שימוש גם במשוב באימייל. וכו ' ג מנוע חשמלי, ממומש על ידי פעולה בו-זמנית של משוב שלילי על מתח ומשוב חיובי על זרם האבזור.

כדי להתאים את זרם העירור, נעשה שימוש בתיריסטור T7 עם יחידת בקרה BU2. בחצי מחזורים שליליים של מתח האנודה, כאשר התיריסטור T7 אינו מעביר זרם, הזרם ב-OVD ממשיך לזרום עקב e. וכו ' ג. אינדוקציה עצמית, סגירה דרך שסתום המעקף B1.

כוננים חשמליים של תיריסטור עם בקרת רוחב דופק

בכונני התיריסטורים הנחשבים, המנוע מופעל על ידי פולסי מתח בתדר של 50 הרץ. כדי להגביר את מהירות התגובה, מומלץ להגביר את תדר הדופק.זה מושג בכונני תיריסטורים עם בקרת רוחב פולסים, שבהם פולסי DC מלבניים בעלי משך משתנה (קו רוחב) בתדר של עד 2-5 קילו-הרץ עוברים דרך אבזור המנוע. בנוסף לתגובה במהירות גבוהה, בקרה כזו מספקת טווחי בקרת מהירות מנוע גדולים וביצועי אנרגיה גבוהים יותר.

עם בקרת רוחב הדופק, המנוע מופעל על ידי מיישר לא מבוקר, והתיריסטור המחובר בסדרה עם האבזור נסגר ונפתח מעת לעת. במקרה זה, הפולסים DC עוברים דרך מעגל האבזור של המנוע. שינוי במשך (קו הרוחב) של פולסים אלו מביא לשינוי במהירות הסיבוב של המנוע החשמלי.

מכיוון שבמקרה זה התיריסטור פועל במתח קבוע, מעגלים מיוחדים משמשים לסגירתו. אחת מתכניות בקרת רוחב הדופק הפשוטות ביותר מוצגת באיור. 6.

אורז. 6. כונן חשמלי תיריסטור עם בקרת רוחב דופק

במעגל זה, התיריסטור Tr כבוי כאשר תיריסטור השיכוך Tr מופעל. כאשר תיריסטור זה נפתח, הקבל הטעון C מתפרק ל מַצעֶרֶת Dr1, יצירת e משמעותי. וכו ' ג.במקרה זה מופיע מתח בקצות המשנק, שגדול מהמתח U של המיישר ומכוון אליו.

דרך מיישר ודיודת shunt D1, מתח זה מופעל על התיריסטור Tr וגורם לכיבויו. כאשר התיריסטור כבוי, הקבל C נטען שוב למתח המיתוג Uc > U.

בשל התדירות המוגברת של פעימות הזרם והאינרציה של אבזור המנוע, אופי הפולס של ספק הכוח כמעט ולא בא לידי ביטוי בחלקות סיבוב המנוע. התיריסטורים Tr ו-Tr נפתחים על ידי מעגל הסטת פאזה מיוחד המאפשר לשנות את רוחב הפולסים.

תעשיית החשמל מייצרת שינויים שונים של כונני כוח thyristor DC מווסתים לחלוטין. ביניהם כוננים עם טווחי בקרת מהירות של 1:20; 1: 200; 1: 2000 על ידי שינוי המתח, כוננים בלתי הפיכים והפיכים, עם ובלי בלימה חשמלית. הבקרה מתבצעת באמצעות התקני פאז-פולס טרנזיסטור. כוננים משתמשים במשוב שלילי על סל"ד מנוע ומונה e. וכו'. עם

היתרונות של כונני תיריסטורים הם מאפייני אנרגיה גבוהים, גודל ומשקל קטן, היעדר כל מכונות מסתובבות מלבד מנוע חשמלי, מהירות גבוהה ומוכנות קבועה לעבודה. החיסרון העיקרי של כונני תיריסטורים הוא העלות הגבוהה עדיין, שעולה משמעותית העלות של כוננים עם מכונה חשמלית ומגברים מגנטיים.

נכון לעכשיו, יש מגמה מתמדת של החלפה נרחבת של כונני thyristor DC עם כונני AC בתדר משתנה.