Tristör elektrikli sürücü

Endüstride, kontrollü yarı iletken valflere sahip aktüatörler - tristörler - yaygın olarak kullanılmaktadır. Tristörler yüzlerce ampere kadar akımlar, 1000 volt ve üzeri gerilimler için üretilirler. Yüksek verimlilik, nispeten küçük boyut, yüksek hız ve çok çeşitli ortam sıcaklıklarında (-60 ila +60 ° C) çalışabilme özellikleri ile ayırt edilirler.

Tristör, kontrol elektroduna karşılık gelen potansiyel uygulanarak açılan ve yalnızca kesinti gerilimi, sıfırdan doğal geçişi veya bir sönümleme beslemesi nedeniyle akım devresinin zorunlu olarak kesilmesiyle kapatılan tamamen kontrol edilebilir bir cihaz değildir. zıt işaretin voltajı. Kontrol voltajı beslemesinin zamanlamasını (gecikmesi) değiştirerek, düzeltilmiş voltajın ortalama değerini ve dolayısıyla motorun hızını ayarlayabilirsiniz.

Düzenleme yokluğunda düzeltilmiş voltajın ortalama değeri, esas olarak tristör dönüştürücünün anahtarlama devresi tarafından belirlenir. Dönüştürücü devreleri iki sınıfa ayrılır: sıfır çekmeli ve köprülü.

Orta ve yüksek güç kurulumlarında, esas olarak iki nedenden dolayı köprü dönüştürücü devreleri kullanılır:

• tristörlerin her birinde daha az voltaj,

• trafo sargılarından akan sabit bir akım bileşeninin olmaması.

Dönüştürücü devreleri, faz sayısında da farklılık gösterebilir: düşük güçlü kurulumlarda birden, güçlü dönüştürücülerde 12 - 24'e kadar.

Tristör dönüştürücülerin tüm varyantları, düşük atalet, dönen elemanların olmaması, boyut olarak daha küçük (elektromekanik dönüştürücülere kıyasla) gibi pozitif özelliklerin yanı sıra bir dizi dezavantaja sahiptir:

1. Ağa sabit bağlantı: ağdaki tüm voltaj dalgalanmaları doğrudan sürücü sistemine iletilir ve yük artar, motor eksenleri hemen ağa aktarılır ve akım şoklarına neden olur.

2. Gerilimi düşürürken düşük güç faktörü.

3. Daha yüksek harmonik üretimi, elektrik şebekesine yük.

Bir tristör dönüştürücü tarafından tahrik edilen bir motorun mekanik özellikleri, armatüre uygulanan voltaj ve yük ile değişiminin doğası, yani dönüştürücünün dış özellikleri ve dönüştürücü ile motorun parametreleri tarafından belirlenir.

Tristörün cihazı ve çalışma prensibi

Bir tristör (Şekil 1, a), iki pn bağlantısı ve bir np bağlantısı olan dört katmanlı bir silikon yarı iletkendir. Akımın büyüklüğü Azanot voltajının Ua etkisi altında tristörden geçen akıma bağlıdır Azkontrol voltajının Uy etkisi altında kontrol elektrotundan geçen kontrol sırasında.

Kontrol akımı yoksa (Azy = 0), U gerilimi arttıkça, P kullanıcısının devresindeki A akımı artacak, ancak çok küçük bir değer olarak kalacaktır (Şekil 1, b).

Pirinç. 1. Tristörün blok şeması (a), akım-gerilim karakteristiği (b) ve yapısı (c)

Bu sırada, iletken olmayan yönde açılan n-p bağlantısı yüksek bir dirence sahiptir. Anot voltajının açma, ateşleme veya anahtarlama voltajı olarak adlandırılan belirli bir Ua1 değerinde, bloke edici tabakanın çığ gibi kırılması meydana gelir, direnci küçülür ve akım şiddeti Rp direnci tarafından Ohm kanununa göre belirlenen bir değere yükselir. kullanıcı P

Iу akımı arttıkça, Ua gerilimi azalır. Ua voltajının en düşük değere ulaştığı akım Iu, düzeltmeli akım I olarak adlandırılır.

Tristör, Ua gerilimi kaldırıldığında veya işareti değiştiğinde kapanır. Tristörün anma akımı I, kabul edilemez aşırı ısınmaya neden olmayan ileri yönde akan akımın en büyük ortalama değeridir.

Nominal gerilim Un, cihazın verilen güvenilirliğinin sağlandığı izin verilen en yüksek genlik gerilimi olarak adlandırılır.

Nominal akım tarafından yaratılmayan voltaj düşüşü ΔNominal voltaj düşüşü olarak adlandırılır (genellikle ΔUn = 1 — 2 V).

Düzeltmenin mevcut gücü Ic'nin değeri, Uc 6 - 8 V ​​gerilimde 0,1 - 0,4 A sınırları içinde dalgalanır.

Tristör, 20 - 30 μs darbe süresiyle güvenilir bir şekilde açılır. Darbeler arasındaki aralık 100 μs'den az olmamalıdır. Ua voltajı sıfıra düştüğünde tristör kapanır.

Tristörün dış tasarımı, Şek.1, v… Bakır bazlı 1 onaltıncı silikon dört katmanlı yapı 2 dişli kuyruklu, negatif güç 3 ve 4 çıkış kontrolü. Silikon yapı, silindirik bir metal mahfaza (5) tarafından korunmaktadır. İzolatör, mahfazaya (6) sabitlenmiştir. Tabandaki (1) bir iplik, bir tristör takmak ve anot voltaj kaynağını pozitif kutba bağlamak için kullanılır.

Ua voltajı arttıkça, tristörü açmak için gereken kontrol akımı azalır (bkz. Şekil 1, b). Kontrol açma akımı, kontrol açma gerilimi uyo ile orantılıdır.

Uа sinüzoidal yasaya göre değişirse (Şekil 2), gerekli voltaj ve 0 açıklığı noktalı bir çizgi ile gösterilebilir. Uygulanan kontrol gerilimi Uy1 sabitse ve değeri uuo geriliminin minimum değerinin altındaysa tristör açmaz.

Kontrol gerilimi Uy2 değerine yükseltilirse, Uy2 gerilimi uyo geriliminden büyük olur olmaz tristör açılacaktır. uу değerini değiştirerek tristörün açılma açısını 0 ile 90° aralığında değiştirebilirsiniz.

Pirinç. 2. Tristör kontrolü

Tristörü 90 ° 'nin üzerindeki açılarda açmak için, örneğin sinüzoidal olarak değişen değişken bir kontrol voltajı uy kullanılır. Bu voltajın sinüs dalgasının uuo = f (ωt) noktalı eğrisi ile kesişmesine karşılık gelen bir voltajda, Tristör açılır.

Sinüzoidi yatay olarak sağa veya sola hareket ettirerek tristörün ωt0 açılma açısını değiştirebilirsiniz. Bu açılma açısı kontrolüne yatay denir. Özel faz anahtarları kullanılarak gerçekleştirilir.

Aynı sinüs dalgasını dikey olarak yukarı veya aşağı hareket ettirerek açılma açısını da değiştirebilirsiniz. Bu yönetime dikey denir. Bu durumda, değişken voltaj kontrolü tyy ile cebirsel olarak sabit bir voltaj ekleyin, örneğin voltaj Uy1... Açılma açısı, bu voltajın büyüklüğü değiştirilerek ayarlanır.

Tristör bir kez açıldıktan sonra pozitif yarı çevrimin sonuna kadar açık kalır ve kontrol gerilimi çalışmasını etkilemez. Bu ayrıca doğru zamanda pozitif kontrol voltajı darbeleri uygulayarak darbe kontrolünün uygulanmasını mümkün kılar (Şekil 2 alt). Bu, kontrolün netliğini artırır.

Tristörün açılma açısını bir şekilde değiştirerek kullanıcıya farklı şekillerde voltaj darbeleri uygulanabilir. Bu, kullanıcının terminallerindeki ortalama voltajın değerini değiştirir.

Tristörleri kontrol etmek için çeşitli cihazlar kullanılır. Şek. Şekil 3'te, AC şebeke gerilimi Tp1 trafosunun birincil sargısına uygulanır.

Pirinç. 3. Tristör kontrol devresi

Bu transformatörün sekonder devresine bir tam dalga doğrultucu B dahil edilmiştir.1, B2, B3, B4, DC devresinde önemli bir L endüktansı ile. Pratik dalga akımı pratik olarak ortadan kaldırılmıştır. Ancak böyle bir doğru akım, yalnızca Şekil 1'de gösterilen forma sahip bir alternatif akımın tam dalga doğrultulmasıyla elde edilebilir. 4, bir.

Dolayısıyla bu durumda doğrultucu B1, B2, B3, B4 (bkz. Şekil 3) alternatif akım şeklinde bir dönüştürücüdür. Bu şemada, C1 ve C2 kapasitörleri, dikdörtgen akım darbeleriyle seri olarak değişir (Şekil 4, a).Bu durumda, C1 ve C2 kapasitörlerinin plakalarında (Şekil 4, b), T1 ve T2 transistörlerinin tabanlarına uygulanan enine bir testere dişi voltajı oluşur (bkz. Şekil 3).

Bu gerilime referans gerilimi denir. DC voltajı Uy ayrıca her bir transistörün ana devresinde de etki eder. Testere voltajı sıfır olduğunda, Uy voltajı her iki transistörün tabanlarında pozitif potansiyeller oluşturur. Her transistör, negatif bir taban potansiyelinde bir temel akımla açılır.

Bu, testere referans voltajının negatif değerleri Uy'den büyük olduğunda gerçekleşir (Şekil 4, b). Bu koşul, faz açısının farklı değerlerinde Uy değerine bağlı olarak sağlanır. Bu durumda transistör, Uy voltajının büyüklüğüne bağlı olarak farklı sürelerde açılır.

Pirinç. 4. Tristör kontrol voltajlarının diyagramları

Transistörlerden biri veya diğeri açıldığında, Tr2 veya Tr3 transformatörünün birincil sargısından dikdörtgen bir akım darbesi geçer (bkz. Şekil 3). Bu darbenin ön kenarı geçtiğinde, tristörün kontrol elektroduna uygulanan ikincil sargıda bir voltaj darbesi oluşur.

Akım darbesinin arkası ikincil sargıdan geçtiğinde, zıt kutuplu bir gerilim darbesi oluşur. Bu darbe, ikincil sargıyı atlayan ve tristöre uygulanmayan bir yarı iletken diyot tarafından kapatılır.

Tristörler iki transformatörle kontrol edildiğinde (bkz. Şekil 3), faz 180 ° kaydırılmış iki darbe üretilir.

Tristör motor kontrol sistemleri

DC motorlar için tristör kontrol sistemlerinde, motorun DC armatür voltajındaki bir değişiklik, hızını kontrol etmek için kullanılır. Bu durumlarda, genellikle çok fazlı düzeltme şemaları kullanılır.

İncirde. 5 ve bu türden en basit diyagram düz bir çizgi ile gösterilmiştir. Bu devrede, T1, T2, T3 tristörlerinin her biri, transformatörün sekonder sargısı ve motor armatürü ile seri bağlanır; NS. vesaire. c. ikincil sargılar faz dışıdır. Bu nedenle, tristörlerin açılma açısını kontrol ederken motor armatürüne birbirine göre faz kaydırmalı voltaj darbeleri uygulanır.

Pirinç. 5. Tristör sürücü devreleri

Çok fazlı bir devrede, tristörlerin seçilen ateşleme açısına bağlı olarak motorun armatüründen aralıklı ve sürekli akımlar geçebilir. Tersinir bir elektrikli sürücü (Şekil 5, a, tüm devre) iki set tristör kullanır: T1, T2, T3 ve T4, T5, T6.

Belirli bir grubun tristörlerini açarak elektrik motorunun armatüründeki akımın yönünü ve buna bağlı olarak dönüş yönünü değiştirirler.

Motorun ters çevrilmesi, motorun alan sargısındaki akımın yönü değiştirilerek de sağlanabilir. Böyle bir ters, alan sargısının armatür sargısına kıyasla çok yüksek bir endüktansa sahip olması nedeniyle yüksek hızın gerekli olmadığı durumlarda kullanılır. Böyle bir ters strok, genellikle metal kesme makinelerinin ana hareketinin tristör tahrikleri için kullanılır.

İkinci tristör seti, elektrik motorunun armatüründeki akımın yönünü değiştirmeyi gerektiren frenleme modlarının gerçekleştirilmesini de mümkün kılar.Söz konusu tahrik devrelerindeki tristörler, motoru açıp kapamanın yanı sıra başlatma ve frenleme akımlarını sınırlandırmak için kullanılır, kontaktörlerin yanı sıra başlatma ve frenleme reostalarını kullanma ihtiyacını ortadan kaldırır.

DC tristörlü tahrik devrelerinde güç trafoları istenmemektedir.Kurulumun boyutunu ve maliyetini arttırdıkları için genellikle Şekil 1 de gösterilen devreyi kullanırlar. 5B.

Bu devrede tristör ateşlemesi BU1 kontrol ünitesi tarafından kontrol edilir. Üç fazlı bir akım ağına bağlanır, böylece güç sağlar ve kontrol darbelerinin fazlarını tristörlerin anot voltajıyla eşleştirir.

Bir tristör sürücüsü genellikle motor hızı geri bildirimi kullanır. Bu durumda, bir takojeneratör T ve bir ara transistör amplifikatörü UT kullanılır. E-posta geri bildirimi de kullanılır. vesaire. c. voltaj üzerindeki negatif geri beslemenin ve armatür akımı üzerindeki pozitif geri beslemenin eşzamanlı eylemiyle gerçekleştirilen elektrik motoru.

Uyarma akımını ayarlamak için BU2 kontrol ünitesine sahip bir tristör T7 kullanılır. Anot voltajının negatif yarım döngülerinde, tristör T7 akımı geçmediğinde, OVD'deki akım e nedeniyle akmaya devam eder. vesaire. c. kendinden endüksiyon, baypas valfi B1 yoluyla kapanma.

Darbe genişliği kontrollü tristör elektrikli tahrikler

İncelenen tristör sürücülerinde, motora 50 Hz frekanslı voltaj darbeleri verilir. Tepki hızını artırmak için darbe frekansının artırılması önerilir.Bu, motor armatüründen 2-5 kHz'e kadar frekansa sahip değişken süreli (enlem) dikdörtgen DC darbelerinin geçtiği darbe genişliği kontrollü tristör sürücülerinde elde edilir. Yüksek hızlı yanıta ek olarak, bu tür bir kontrol, geniş motor hızı kontrol aralıkları ve daha yüksek enerji performansı sağlar.

Darbe genişliği kontrolü ile motora kontrolsüz bir doğrultucu ile güç verilir ve armatüre seri bağlı tristör periyodik olarak açılıp kapatılır. Bu durumda, DC darbeleri motorun armatür devresinden geçer. Bu darbelerin süresindeki (enlem) bir değişiklik, elektrik motorunun dönüş hızında bir değişikliğe neden olur.

Bu durumda tristör sabit voltajda çalıştığı için onu kapatmak için özel devreler kullanılır. En basit darbe genişliği kontrol şemalarından biri, Şekil 2'de gösterilmektedir. 6.

Pirinç. 6. Darbe genişliği kontrollü tristör elektrikli sürücü

Bu devrede, sönümleme tristörü Tr açıldığında tristör Tr kapatılır. Bu tristör açıldığında, yüklü kapasitör C boşalır. kısmak Dr1, önemli bir e oluşturuyor. vesaire. c.Bu durumda bobinin uçlarında doğrultucunun U geriliminden daha büyük ve ona doğru yönelmiş bir gerilim belirir.

Bir doğrultucu ve şönt diyot D1 aracılığıyla, bu voltaj tristör Tr'ye uygulanır ve kapanmasına neden olur. Tristör kapatıldığında, C kondansatörü tekrar Uc > U anahtarlama voltajına şarj edilir.

Akım darbelerinin artan frekansı ve motor armatürünün ataleti nedeniyle, güç kaynağının darbe doğası pratik olarak motor dönüşünün düzgünlüğüne yansımaz. Tr ve Tr tristörleri, darbe genişliğinin değiştirilmesine izin veren özel bir faz kaydırma devresi tarafından açılır.

Elektrik endüstrisi, tamamen düzenlenmiş tristörlü DC güç sürücülerinin çeşitli modifikasyonlarını üretir. Bunlar arasında 1:20 hız kontrol aralığına sahip sürücüler; 1: 200; 1: 2000 voltajı değiştirerek, tersinmez ve tersinir sürücüler, elektrikli frenli ve frensiz. Kontrol, transistör faz darbeli cihazlar vasıtasıyla gerçekleştirilir. Sürücüler, motor devri ve elektronik sayaç vb. hakkında negatif geri besleme kullanır. ile

Tristör sürücülerin avantajları, yüksek enerji özellikleri, küçük boyutları ve ağırlıkları, elektrik motoru dışında dönen herhangi bir makinenin bulunmaması, yüksek hız ve sürekli çalışmaya hazır olmalarıdır.Tristör sürücülerin ana dezavantajı, hala yüksek maliyetleridir ki bu elektrikli makineli ve manyetik amplifikatörlü sürücülerin maliyeti.

Şu anda, tristör DC sürücülerinin yaygın olarak değiştirilmesine yönelik istikrarlı bir eğilim var. değişken frekanslı AC sürücüler.