Тиристорный генератор высокой частоты

Тиристорный преобразователь частоты и принцип его работы

Преобразователи частоты в схемах подключения двигателя пользуются большой популярностью и спросом, поскольку позволяют строить стабильные и управляемые системы, которые без таких электронных схем спроектировать и внедрить затруднительно. К таким специфическим применениям, связанным с работой синхронных и асинхронных двигателей, относят:

  • необходимость обеспечить плавный, безопасный пуск и остановку электромотора;
  • потребность обеспечить необходимый крутящий момент на низких оборотах и при выходе на номинальный режим;
  • потребность регулировки частоты вращения ротора в широких пределах;
  • создание экономичных систем;
  • разработку систем на базе электромоторов с обратной связью, при помощи которой регулируется состояние системы.

Это достаточно сложная задача, учитывая, что мощные электродвигатели, особенно двигатели трехфазного тока, работают при достаточно высоких напряжениях, мощностях и, соответственно, большой силе тока. Поэтому первые регуляторы частоты были созданы на основе тиристоров, которые появились значительно раньше мощных IGBT-транзисторов. Cхемотехника тиристорных регуляторов частоты вращения электромотора достаточно проста и может быть реализована даже без применения сложных контроллеров, интегральных микросхем и микропроцессоров.

В первых разработках частотных преобразователей на тиристорах использовались временные цепи с регулировкой, построенной на базе конденсаторов и резисторов, которые задают собственную частоту колебаний системы.

Особенности тиристоров

Такой радиоэлектронный компонент, как тиристор, можно условно представить как управляемый диод. Когда на управляющий электрод не подается напряжение, тиристор закрыт и не пропускает ток в обоих направлениях. Когда на управляющий электрод подается напряжение, тиристор начинает работать как диод, то есть пропускает ток только в одном направлении. Эта их особенность широко используется в регуляторах мощности электрического тока — диммерах, где тиристор работает в режиме отсечения части полуволны электрического тока и пропускает в нагрузку только часть мощности. Для более плавной регулировки в таких схемах используется два тиристора, включенных навстречу друг другу, чтобы пропускать положительную и отрицательную составляющую переменного тока.

При определенном подборе RC-цепочки возможно создание простого генератора на основе тиристора, который питается от постоянного тока. Эти особенности и стали основой различных схемотехнических решений, которые позволяют получать от сети 220 В и 50 Гц переменный электрический ток, частота которого может изменяться практически от 0 и значительно превышать частоту питающей сети. Более сложные решения позволяют получать от однофазной сети напряжение для питания трехфазных двигателей, а также управлять работой трехфазных моторов, подключенных через такой преобразователь к трехфазной сети.

Необходимо отметить, что несмотря на достаточно старый тип подобных систем управления частотой вращения двигателя, тиристорные преобразователи частоты до сих пор широко применяются, особенно для управления мощной нагрузкой в десятки киловатт. При этом их схемотехническое решение, как правило, значительно дешевле современных систем управления на базе транзисторов с микропроцессорным управлением. Впрочем, современные тиристорные преобразователи частоты также имеют сложное электронное управление, которое обеспечивает:

  • согласованность плеч управления напряжением и частотой;
  • обратную связь по контролируемому критерию работы системы;
  • защиту как самого преобразователем, так и подключенной нагрузки от различных внештатных аварийных ситуаций.

Тем не менее, несмотря на простоту решений схемотехники на тиристорах, преобразователи на их основе имеют ряд недостатков, постепенно вытесняющих их из промышленного использования. К ним относят:

  • достаточно объемную элементную базу, которая не позволяет создавать компактные решения;
  • необходимость использования дросселей, согласующих трансформаторов (реакторов),которые при больших мощностях нагрузки отличаются значительными габаритами и стоимостью;
  • сложности в формировании чистого синусоидального сигнала на выходе тиристорного частотного преобразователя;
  • принципы работы тиристора, основанные на отсечении части волны электрического тока. Это приводит к тому, что тиристорный ключ становится источником мощных электромагнитных помех в широком гармоническом спектре, который может влиять на работу оборудования расположенного в непосредственной близости или подключенного к той же питающей сети.

Кроме того, ТПЧ должен быть оборудован хорошо отлаженной схемой управления, поскольку тиристор, в отличие от транзистора, открывается полностью при достижении на управляющем электроде заданного значения напряжения. Как правило, в тиристорных схемах устройств управления частотой используется несколько тиристоров, и синхронность их работы должна быть настроена точно и согласованно, поскольку только в этом случае можно добиться высокого КПД преобразователя и максимальной точности управления нагрузкой.

Рассмотрим особенности нескольких типовых схем работы тиристорных преобразователей частоты.

ТПЧ с непосредственной гальванической связью с сетью питания

Это решение можно назвать одним из наиболее простых в плане реализации принципа управления электродвигателем. Такая схема позволяет генерировать на выходе питающие напряжения с заданной частотой и фазой. Необходимо подчеркнуть, что частота выходного сигнала не может превышать частоту питающего напряжения, поэтому такие системы применяют, в основном, для мощных низкооборотных двигателей.

Схемотехническое решение включает в себя комбинацию тиристорных электронных ключей, которые могут быть:

  • управляемыми;
  • неуправляемыми;
  • включены встречно-параллельно;
  • включены по схеме мост;
  • подключены перекрестно;
  • соединены по нулевым схемам.

Все эти соединения используются в одном ТПЧ с гальванической связью и обеспечивают формирование выходного синусоидального сигнала из фрагментов входного синусоидального сигнала. Эти фрагменты формируются таким образом, чтобы получить сигнал на выходе с требуемой частотой и фазой.

Однако такое внешне простое схемотехническое решением обладает рядом недостатков, к которым можно отнести:

  • сложную форму выходного сигнала. Она не синусоидальна, поэтому может приводить к появлению дополнительных вибраций, а также гармонических помех в питающей сети;
  • ограниченность в частоте вращения двигателя, которая, как правило, не может превышать номинальную частоту питающей сети;
  • сложную схему управления ключами, которая либо требует сложной настройки, либо использования цифровой системы управления, сложности и стоимость которой также достаточно велики.

Вместе с тем, у такого решения есть и преимущества, благодаря которым оно до сих пор используется для управления электромоторами, работающими на невысоких оборотах и в режиме значительной нагрузки. Среди преимуществ этого решения можно назвать:

  • стоимость оборудования. Цена такого ТПЧ значительно ниже, чем стоимость частотного преобразователя на транзисторных элементах с аналогичными параметрами мощности нагрузки и диапазона регулирования;
  • высокий КПД системы, находящийся в пределах 95%;
  • сохранение амплитуды напряжения входной сети на выходе преобразователя;
  • возможность работы в рекуперативном режиме, когда двигатель используется в режиме генератора при торможении;
  • простую возможность модернизации ТПЧ при увеличении мощности нагрузки путем добавления параллельных тиристорных модулей, при этом мощность теоретически можно наращивать практически до бесконечности.

ТПЧ с выпрямителем и инвертором

Если на выходе преобразователя частоты требуется получить ее значение, которое превышает частоту питающей сети и номинальную частоту работы двигателя, приходится использовать более сложные схемы с выпрямителем и генератором частоты. Схемотехническое решение такого устройства на тиристорах включает следующие ключевые блоки:

  • выпрямительный модуль, который также может быть построен на нескольких тиристорах;
  • фильтр постоянного тока, задачей которого является сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения. В зависимости от модификации преобразователя частоты с двойным преобразованием может использоваться либо дроссельный, либо комбинированный фильтр с катушкой индуктивности и конденсатором;
  • генератор выходного напряжения с изменяемой частотой выходного тока;
  • схема управления работой преобразователя, которая, как правило, строится на современных цифровых компонентах, в том числе и микропроцессорных.Задача такой схемы – обеспечить стабильность частоты на выходе преобразователя, а также регулировать параметры работы преобразователя по цепям обратной связи и обеспечивать защиту нагрузки и самого устройства от аварийных ситуаций.

По особенностям схемотехники ТПЧ, построенного по такой схеме, различают преобразователи с инвертором тока и инвертором напряжения, область применения которых может отличаться. Инвертор тока характеризуется обеспечением на нагрузке постоянной амплитуды силы тока. При использовании дополнительных схемотехнических решений можно обеспечить возможность рекуперации электроэнергии, что важно при использовании оборудования в системах с частой остановкой и пуском электродвигателя или при необходимости его реверсивной работы.

Преобразователи, построенные по схеме инвертора напряжения, обеспечивают постоянное напряжение на выходе, причем его величина не изменяется при увеличении силы тока, естественно в рамках паспортных характеристик ТПЧ.

К преимуществам таких ТПЧ с двойным преобразованием принято относить:

  • широкий диапазон регулировки частоты вращения электромотора. При этом в режиме преобразователя тока пределы регулировки частоты напряжения на выходе составляют от 0 до 125 Герц, а при работе в режиме источника напряжения выходная частота генератора может достигать полутора тысяч Герц;
  • выходной сигнал такого ТПЧ с двойным преобразованием максимально приближен к синусоидальному, поэтому создается минимум гармонических помех, обеспечивается работа двигателя в штатном режиме, и не требуется дополнительная синхронизации частоты питающей сети и выходного напряжения;
  • число тиристорных ключей в таких преобразователях меньше,чем у ТПЧ с гальванической связью, поэтому устройства этого типа имеют более простую схему управления, следовательно они проще в первичной настройке и ремонте;
  • выходной генератор в таких преобразователях нечувствителен к коротким замыканием в нагрузке, которые не приводят к его выходу из строя.
Читайте также  Съем генератора ваз 2114

Есть у этой технологии и недостатки, среди которых:

  • невозможность подключать ТПЧ инверторного типа к нагрузке, состоящей из группы электромоторов;
  • дороговизна компонентов фильтра, включаемого после выпрямителя;
  • необходимость использования дополнительной схемотехники для обеспечения рекуперации электроэнергии;
  • зависимость фазового сдвига от степени нагрузки на электромотор.

На сегодняшний день ТПЧ с двойным преобразованием является одним из самых популярных и доступных решений и успешно конкурирует с частотными преобразователями на транзисторах.

Также необходимо отметить, что тиристорные системы регулировки частоты вращения электромоторов используются не только на низковольтных схемах питания до 1000 Вольт, но и на высоковольтных, которые могут работать при питающем напряжении до 6 киловольт и выше. Транзисторных аналогов для решения таких производственных задач на сегодняшний день не существует.

Подводя итог, можно сказать, что несмотря на достаточно устаревший тип таких преобразователей и худшие параметры управляемости и качества выходного сигнала по сравнению с транзисторными и преобразователями частоты, ТПЧ всё еще используются, особенно там, где нет необходимости поддерживать высокоточный режим работы электромотора и нужно:

  • обеспечить большой крутящий момент на низких оборотах мощных электродвигателей;
  • управлять высоковольтными моторами, питание которых превышает 660 Вольт;
  • создать оптимальное по стоимости и функциональности решения без переплаты за более современное, но более дорогое оборудование.

Наша компания “IES-drives” предлагает широкий ассортимент оборудования для управления электродвигателями и системами на их основе. Мы предлагаем частотники разных производителей и серий, как универсальные, так и специализированные, в том числе и на тиристорной элементной базе.

Кроме частотных преобразователей мы также предлагаем услуги по подбору оборудования, разработке промышленных систем на его основе, их наладки, обслуживанию и ремонту.

Если вам требуется подобрать оптимальный вариант частотников для решения конкретной производственной задачи, вы всегда можете обратиться за помощью к специалистам нашей компании.

Магнито-тиристорный генератор высокой частоты

Магнито-тиристорный генератор высокой частоты. Страница 1.

(51) Л 1. Кл 22) Заявлен 182,495 6.77 (2 с присоединением заявки1 03 В 11/1 Государственный комитет Совета Министров СССР по делам иэооретений и открытий(088,8) 45) Дата опубликования описа 15,12 2) Автор изобретения 1) Заявитель АГнито-тиристорный Генкрдто высокой члстоты Изобретение отехнике, может бион импульсной зовано в ра ть испол авигации.По основномуен магнито-тй частоты, со% 38 ный ге ий зар ль д ом, тра 1146, иэв ирист держ нератор выядный тироссель с истор, зарядный асышаюшимся с д россе печник ормато тор тур ельного к накопитой обающи денсатора 5 и первичнформагора 4 с пасыподключается черезцательному полюсу 1источника питания, и мотки 9 трансчся сердечником ор 10 к отрнолнительного ельный полюс резист1 до с насышаюшимся сердечником, накопительный конденсатор, разрядный тиристор, звенья сжатия и нагрузочный контур 1 . 1 ВОднако этот генератор не обеспечивает увеличения периода следования импульсов без возникновения параэитной ампли тудной модуляции.Пель изобретения — увеличение периода следования импульсов без возникновения паразиткой амплитудной модуляции.Для этого в магннто-тнрнсторном генераторе высокой частоты, содержащем зарядный тиристор, зарядный проссель, дроссель с насышающимся сердечником, трансформатор с насышающимся сердечником, накопительный конденсатор, разрядный тиристор, звенья сжатия н нагруэочный контур, точка соединения накопительного конденсатора и первичной обмотки трансформатора с насьппающимся сердечником подключена через резистор к отрицательному полюсу пополг:ггельного источника питания, положительный полюс которого соединен с обшей шиной,На чертеже приведена принципиальная электрическая схема генератора.Л 1 агнито-тиристорный генераоор высокой частоты содержит заряпный тирисгор 1, зарядный дроссель 2, проссель 3 с насыщающимся сердечником, трансформатор 4 с насышающимся сердечником, накопительный конденсатор 5, разрядный тирис 6, звенья сжатия 7 и нагруэочный кон636770 Составит ов, Те актор Б. Тираж 1044 Государственного комит по делам изобрете 113035, Москва, К каэ 6966/47 ЦНИИПИФилиал НПП. Патент», г, Ужгород, ул, проектная,12 которого соединяется с общей щиной.К аноду зарядного тиристора 1 , подключается положительный полюс 1 3 источника питания, Вторичная обмотка 1 4 трансформатора 4 подключена ко входу звеньев 3 сжатия 7.Магнито-тиристорный генератор высокой частоты работает следующим образом.При включении тиристора 1 происходит заряд конденсатора 5 через дроссели 2, ф 3 и первичную обмотку 9 трансформатора 4, Благодаря больщому активному сопротивлению резистора 10 источник питания (полюсы 11, 12) не оказывает существенного влияния на режим заряда конден- М сатора. После окончания заряда включается разрядный .тиристор 6, и начинается разряд конденсатора. В процессе разряда он отдает часть накопленной энергии в магнитные звенья сжатия 7 и контур 8, ф перезаряжаясь при этом до некоторого отрицательного напряжения, которое сохраняется до начала следующего заряда. Возникающий при этом ток утечки конденсатора через тиристоры 1 и 6 приводит к ф уменьшению отрицательного напряжения наконденсаторе. Но в то же время нарастает разность потенциалов между напряжением дополнительного источника питания (полюсь 1 1, 1 2 ) и на пряж ениемна конденсаторе, вследствие чего черезконденсатор протекает ток этого источника, компенсирующий ток утечки. Поэтомууровень отрицательного напряжения нанакопительном конденсаторе по начала егозаряда поддерживается постоянным, чтоустраняет воэможность возникновения паразитной амплитудной модуляцеп. Формула изобретенияМагнито-тирнсторньй генератор высокой частоты по авт. св. ЛЬ 381146, отличающийся тем, что, с целью увеличения периода следования импульсов без возникновения паразитной амплитудной модуляции, точка соединения накопительного конденсатора и первичной обмотки трансформатора с насышающимся сердечником подключена через резистор к отрицательному полюсу дополнительного источника питания, положительный полюс которого соединен с общей шиной,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Авторское свидетельство СССР Ио 381146, Н 03 В 11/10, 1973,Ю, Еркинанта Корректор И, Гокс Подписноета Совета Министров СССРий и открытий5, Раущская наб., д, 4/5

Заявка

ПРЕДПРИЯТИЕ ПЯ В-2203

ХОТИН АРКАДИЙ ЛЕЙБОВИЧ

МПК / Метки

Код ссылки

<a href="https://patents.su/2-636770-magnito-tiristornyjj-generator-vysokojj-chastoty.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Магнито-тиристорный генератор высокой частоты</a>

Источник напряжения высокой частоты

Загрузка.

Номер патента: 815717

. напряжение промежуточной частоты через переключатель 14 поступает в блок 19 памяти (например конденсатор), где и записывается,Во втором такте нормируется требуемое значение первой гармоники выходного напряжения и запоминается напряжение на входе аттюнеатора 4. В аттюнеаторе 10 устанавливается требуемое уменьшение ослабления, а в аттюнеаторе 4 такое же увеличение ослабления. Напряжение с выхода усилителя 1 промежуточной частоты с детектором через переключатель 14 поступает на второй вход усилителя 17 разности, а на первый вход этого усилителя разности поступает запомненное в первом такте напряжение во втором блоке 19 памяти. Разность этих напряжений усиливается усилителем 17, через переключатель 13 поступает на второй вход регулирующего.

Установка для сварки пластмассовых заготовок токами высокой частоты

Загрузка.

Номер патента: 568550

. посредством айкц 8. В корпусе б помещается светочувствительный элемент (фоторезистор) 9, нариме 3, фоторе 3 сто;. СФЗ, подклОчаемый к блОкх цзме 13 ецця вктцвцого со 1130 тивлсция 1 посрс;1 ствох экранрованого кабеля 10. Световое излучение гопя;1 яст 1:я фото 1)езпст 013 9 е 1)еЗ металл:вескую сетку 11, служащую электрозЯгцитцым экраном, защищающим фоторезцстор 3 от высокочастотных электромагнитных злу г:редотвп;1 Яющцм процковецс пхИЗ РЯООЧСГО КО:ДЕСЯТОРЯ В ОКГУЖЯ 101 ЕС ПРО- страство.25 Работа установки зякгпочается в с,:сдующем. Прц сквозных электрических пробоя х активное сопротивление участка электрод — Заготовка — электро,1 резко пядяет, что ;к. Зц сцр стс пз 11 ерцтельцым олоком 1, сгял»3 . ц 1 щ 77 о 2 вител ь Л. С алть 1 ш.

Преобразователь переменного напряжения со звеном высокой частоты

Загрузка.

Номер патента: 600675

. диоды 3, 4, трансформатор 5 с сердечником из материала с прямоугольной петлей гистерезиса со входными обмотками 6, 7, мостовой выпрямитель 8, подключенный своими входными выводами к сети переменного напряжения 9, формирователи импульсов 10, 11, источник смещения 12, преобразователь сетевой частоты в высокую — модулятор 13, преобразователь высокой частоты в сетевую — демодулятор 14, силовой ВЧ-трансформатор 15.Принцип работы магнитоуправляемого автогенератора, выполненного на транзисторах 1, 2 и трансформаторе 5, который известен также под названием автогенератора Ройера, широко освещен в литературе и заключается в том, что транзисторы переключаются под действием роста тока коллектора вследствие увеличения намагничивающего тока.

Система управления тиристорным автономным инвертором с промежуточным звеном высокой частоты

Загрузка.

Номер патента: 974549

. диапазоне средних частот, соответственно которому приведены графики на Фиг. 3. В этом случае с выхода блока переключения тактирующих сигналов 67 (выход схемы ИЛИ 64) выходные импульсы с частотой 121 поступают на блок управления высокочастотным инвертором, а именно на формирователь коротких импульсов 73, на триггер, а также на частотный вход одновибратора через линию задержки 66, Графики напряжений на одном из выходов триггера 0 68 и на первом выходе одновибратора О 65 приведены на фиг, 3 и, 3.Триггер 68 и одновибратор 65 управляют непосоедственно работой схем совпадения 71, 72, на выходе которых включены формирователИ широких импульсов 69, 70, осуществляющие управление силовыми тиристорами 1, 4 и 2, 3.высокочастотного инвертора. По.

Читайте также  Авто генераторы в наличии

Активный -фильтр нижних частот второго порядка с полюсом затухания

Загрузка.

Номер патента: 481981

. входом трет средственно и с инве первого каскада, явл тра, через конденсат тирующий вход усили ду второго каскада й делитель напряже-.общей обратной свяоединен с неинвертиьего каскада нетортирующим входом яюшимся входом фильор, при этом инвертеля второго каскада дрвИзвестен активны них часгот второго и затухания, содержа 1 но .соединенных каск и иытегрирующий, охв обратной связи, трет ный каскад,выполченн лите лях. Фильтр работает следующим образом.1 а низких частотах, где сопротивление 1ЦНИИ 11 И Государственного комитета С иста Министров СССР по делам изобретений и отк патий Москва, 13035, Раушская нг,с, 4.11 рсднриятие сПатеит, Москва, Г, Береж: зсскаи нао., 24 конденсаторов велико, сщнал с вхора 12поступает на выход В через.

Свойства тиристоров повышенной частоты

При анализе тиристорных генераторов, работающих даже на повышенных частотах (вплоть до нескольких десятков килогерц), инерционные свойства тиристоров , вызванные процессами включения и выключения, не учитывались.

Однако по мере увеличения генерируемых частот время протекания импульсов тока через тиристоры становится сравнимым, например, со временем включения.

Режим работы генераторов в этом случае будет зависеть от соотношения указанных величин. В частности, для высокочастотных тиристоров типа ТЧ указанные времена становятся сравнимыми уже при частотах около 40—50 кГц и довольно существенно влияют на режим работы генератора.

Влияние инерционности тиристоров может быть учтено при анализе генераторов любого типа. Однако наибольший интерес учет влияния инерционности тиристоров представляет для многоячейковых генераторов, работающих на наиболее высоких частотах.

С учетом инерционных свойств тиристор уже не может быть представлен идеальным ключом. При его включении выделяют два участка: задержки, когда напряжение на тиристоре после прихода управляющего импульса уменьшается от первоначального значения U a1 до 0,9 U a1 и нарастания, когда ток возрастает, а напряжение уменьшается от 0,9 U a1 до 0,1 U a1 .

На участке задержки ток через тиристор пренебрежимо мал, и наличие задержки можно считать эквивалентным некоторому временному сдвигу напряжения управления.

В работах установлено, что на участке нарастания изменение напряжения на тиристоре имеет экспоненциальный характер:

u a (t)=0,9U a1 e -t/t н (5-89)

где t н — время нарастания.

В течение следующего за нарастанием участка установления, когда напряжение на тиристоре изменяется от 0,1 U a1 до остаточного напряжения 1—2 В, напряжение на тиристоре малб и изменяется сравнительно медленно.

Поэтому оно хотя и влияет на значение потерь в тиристорах, но на режиме работы генератора сказывается слабо. А если само напряжение мало влияет на режим работы генератора, то тем более слабым будет влияние характера его изменения.

Для простоты дальнейших математических выкладок напряжение на тиристорах на участке установления примем изменяющимся по тому же экспоненциальному закону, что и на участке нарастания.

Как показывает эксперимент, инерционность тиристоров во время выключения существенного влияния на формы токов и напряжений не оказывает, и учет ее здесь не рассматривается.

Таким образом, падение напряжения на тиристоре при включении имеет экспоненциальный характер, описываемый выражением (5-89).

Напряжение, прикладываемое к тиристору до его включения, изменяется обычно значительно медленнее, чем следует из выражения (5-89).

Поэтому форма напряжения, прикладываемого к тиристору до его включения, практически не влияет на закон изменения напряжения после включения и можно всегда пользоваться формулой (5-89).

Поскольку закон изменения напряжения на тиристоре, представленном неидеальным ключом, найден, то при подключении с помощью этого ключа какого-либо генератора к некоторой электрической цепи напряжение на входе последней описывается в каждый данный момент времени разностью между напряжением на тиристоре до его включения и изменяющимся напряжением на тиристоре:

u=0,9U a1 (1-e -t/t н ) (5-90)

Эквивалентная схема тиристорного генератора по аналогии с приведенной ранее схемой (рис. 5-11), но с учетом инерционных свойств тиристоров и выражения (5-90) может быть представлена в виде последовательного соединения индуктивности L p , емкости С р , идеального ключа Кл и двух генераторов ЭДС е 1 и е 2 , причем

ЭДС е 1 учитывает начальное напряжение на емкости С р , ЭДС е 2 — на контуре нагрузки Lк, Ск, rн.

Дифференциальное уравнение для такой эквивалентной схемы имеет вид

Решая его, получим выражение для тока через тиристор:

где величины τ, v, ψ, k С — те же, что и в предыдущем параграфе, a τ н =ωt н — безразмерное время нарастания.

Выше был определен оптимальный режим работы генератора, обеспечиваемый условиями:

Используя эти условия и равенство нулю тока тиристора при его выключении, можно получить четыре уравнения для определения параметров k C , v, ψ и длительности импульса тока через тиристор τ 1 для оптимального режима в функции величины τ н , которая характеризует инерционность тиристоров:

Решая эту систему уравнений, получим зависимости k С (τ н ), v (τ н ), τ 2 (τ н ), ψ (τ н ), приведенные на рис. 5-16 и 5-17.

Активная составляющая первой гармоники тока тиристоров, протекающая через контур нагрузки, и постоянная составляющая тока одного из тиристоров соответственно равны

Коэффициенты а 1 , а 0 определяются формулами (5-71).

На рис. 5-16 приведены зависимости а 1 (τ н ), а 0 (τ н ).

Из полученных зависимостей видно, что с ростом τн, т. е. при увеличении генерируемых частот, для получения оптимального режима необходимо выбирать большие значения v.

Величины а 1 , а 0 от τ н зависят мало.

Рис. 5-16 . Зависимости дли величин α 0 , α 1 , k C , v

На рис. 5-16 штриховыми линиями показаны полученные экспериментально кривые для величин k c и v.

Инженерная методика расчета генератора полностью аналогична рассмотренной в начале параграфа с той только разницей, что величины k с , ψ, a 1 , а 0 выбираются для соответствующего значения τ н из рис. 5-16 и 5-17 .

Тиристорный преобразователь постоянного тока

Для выравнивания переменного тока в постоянный требуется использование специальных устройств. Тиристорный преобразователь частоты для индукционного нагрева применяется в различных областях промышленности для регулирования напряжения и прочих параметров электрической энергии.

Принцип работы и конструкция

Для преобразования нагрузки может использоваться тиристорный или транзисторный высоковольтный преобразователь на базе IGBT. Тиристорный частотный преобразователь (ТП, ТПР или ТПЧ) – это электрическое устройство для преобразования переменного тока в постоянный, регулирования его уровня и прочих характеристик. С его помощью можно уравнивать различные параметры электрических редукторов: скорость вращения в момент пуска, угол и прочие.

Фото — тиристорный уравнитель

Тиристорный преобразователь применяется для двигателя постоянного тока (ДПТ) вместе с системой автоматического регулирования (FR A700 в Mitsubishi Electric, Siemens Simoreg DC Master, Omron Yaskawa). Он имеет очень широкую область применения благодаря своим достоинствам:

  1. Высокий показатель КПД – до 95 % (к примеру, у модели ПН-500);
  2. Широкий спектр контроля. Его можно использовать для двигателя с мощностью от десятых киловатта до нескольких мегакиловатт;
  3. Способность выдерживать сильные импульсные нагрузки при включении электродвигателя в сеть;
  4. Высокие показатели надежности и долговечности;
  5. Точность в работе.

Но у такой системы есть определенные недостатки. В первую очередь – это низкий коэффициент мощности, который проявляется при глубоком регулировании производственных процессов. Компенсировать его можно при помощи дополнительных устройств. Кроме этого, мощный преобразователь вызывает помехи в электрической сети, что сказывается на работе чувствительного электро- и радиооборудования.

  1. Трансформатор или реактор;
  2. Выпрямительные блоки;
  3. Дополнительный реактор, сглаживающий преобразование;
  4. Система защиты оборудования от перенапряжений.

Большинство современных преобразователей подключаются к трансформатору через реактор. Трансформатор в этой схеме является согласующим звеном между входящим и выходным напряжением, он уравновешивает разницу между ними. Помимо него, электросхема также включает в себя специальный сглаживающий реактор. Этот прибор необходим для нейтрализации определенных пульсаций, возникающих при выпрямлении и изменении типа тока. Но система не всегда включает в себя реактор, т. к. при достаточной индуктивности асинхронного двигателя в нем нет необходимости.

Агрегат пропускает через автономный инвертор (расположенный во входящем звене) первичную нагрузку. Они попадают в выпрямляющие блоки, установленные в выходном звене. Для подключения других индукционных потребителей используются специальные шины, которые помогают выравнивать питание в целой группе устройств.

Читайте также  Автоматическое зарядное устройства для генераторов

Такой преобразователь бывает низкочастотный и высокочастотный. В зависимости от потребных частот и имеющихся параметров электричества подбирается нужная модель. Нужно отметить, что в станках, где используется трехфазный ток, применяется другой тип подключения. Однофазный переносит воздействия и преобразования, в то время как на преобразовании трехфазного тока теряется КПД.

преобразовательный пункт

Фото — преобразовательный пункт

Система используется в плавке металлов, сварочных работах, контроле кранового механизма и многих других производственных и технологических процессах. Применение такого принципа работы позволяет реализовать систему генератор-двигатель без использования генератора. Благодаря этому производится широкая регулировка частот вращения шпинделя даже на самых малых скоростях, настраиваются механические и другие характеристики электропривода и прочие параметры.

Разработка

Электрическая схема тиристорный преобразователь-двигатель (к примеру, КТЭ) для плавного переключения может быть двух видов:

  1. Однофазной;
  2. Многофазной.

В зависимости от типа исполнения варьируются соотношения расчетных единиц и принципы работы преобразователя.

нулевая схема трехфазного преобразованияФото — нулевая схема трехфазного преобразования

На этом чертеже схематически показано изменение электрической энергии при работе тиристорного преобразователя в режиме выпрямителя и инвертора. В то же время, для мостовой схемы можно сделать такую же диаграмму, но только состоящую из двух нулевых. Именно она наиболее часто используется при проектировании преобразователя для станочного оборудования. Это происходит из-за того, что исходное фазовое напряжение в ней в два раза превышает фазовой напряжение (Udo) в нулевой схеме работы.

питание

Фото — питание

Однофазная схема используется для контроля питания и работы привода машин с высоким индуктивным сопротивлением. Она работает в пределах мощности от 10 кВт до 20, намного реже – при больших мощностях. К примеру, подойдет для электрической печи, домашнего станка.

однолинейная схема

Фото — однолинейная схема

Трехфазная используется для оборудования, где требуется от 20 кВт для работы. К примеру, для синхронных приводов, двигателя крана и экскаватора. Еще одной популярной многофазной схемой контроля является шестифазная (Кемрон). Её проект предусматривает использование в конструкции уравнительного реактора, который направлен на контроль низкого напряжения и высокого тока. Этот силовой электрический прибор пропускает и преобразовывает электрическую энергию параллельным путем, а не последовательным (как большая часть аналогичных устройств). Его более сложно разработать своими руками, но степень надежности и эффективности значительно больше, нежели у однофазного тиристорного преобразователя. Но такой реверсивный контроллер имеет серьезный недостаток – его КПД менее 70 %.

Своими руками можно сделать собственный преобразователь, но многое зависит от используемой базы. Внизу дана схема, разработанная на основе Micro-Cap 9. Главной особенностью этой модели является необходимость в совместном моделировании различных узлов.

Схема тиристорного уравнителя

Фото — Схема тиристорного уравнителя

Видео: как работают тиристорные преобразователи

Техническое описание и обзор цен

Характеристики тиристорных преобразователей зависят от типа их исполнения и функциональных особенностей.

Параметры ТПЧ 320 800
Выходная мощность, кВт 320 800
Максимальная полная мощность, кВ-А 640 1250
Частота, Гц 50 50
Входящее напряжение, В 380 500
Максимальный ток, А 630 1000
КПД, % 94 94
Выходное напряжение, В 800 1000
Номинальный ток, А 400
Максимальный ток, А 800
Входящее напряжение, В 460
Габаритные размеры, мм 800x775x1637

ЭПУ-1-1-3447Е УХЛ4 (производитель заявляет, что этот преобразователь может работать в сложных условиях, повышенной пыльности и влажности):

Номинальный ток, А 25
Максимальный ток, А 100
Входящее напряжение, В 380

Но тиристорные преобразователи продаются не только по одной единице, но и в виде выпрямляющих комплексов (КТЭУ). Если единичный уравнитель при поломке нуждается в полном ремонте или демонтаже, то у комплекса производится замена вышедшего из строя оборудования. Такие системы используются как в приводах станков, так и в ЭКТ (комплектных тиристорных электроприводах).

Рассмотрим, какова цена тиристорного преобразователя ABB DCS400:

Город Цена, у. е.
Москва 100
Санкт-Петербург 100
Челябинск 95
Воронеж 98
Самара 95
Новосибирск 95
Ростов-на-Дону 98

Купить устройство можно в любом магазине электрических товаров, прайс-лист зависит от характеристик и типа исполнения.

Усилитель / Генератор синусоиды на тиристоре (динисторе, тринисторе, симисторе). Тиристорная усилительная схема. Синусоидальный сигнал.

Приведенные схемы не имеют практической ценности, так как реализуемые ими функции проще и удобнее организовать на другой элементной базе. Качество приведенных устройств (нелинейные искажения, устойчивость работы, температурная стабильность, полоса пропускания и т. д.) тоже очень далеки от идеала. Однако, эти устройства полезны в учебных целях, так как иллюстрируют работу тиристоров на участке отрицательного сопротивления.

В схемах могут применяться диодные тиристоры (динисторы), триодные тиристоры (тринисторы) с подачей соответствующего небольшого отпирающего тока на управляющий электрод, или их транзисторные аналоги. Также в описанных устройствах могут применяться диоды и транзисторы в режиме лавинного пробоя.

Взглянем на вольт-амперную характеристику тиристора. Если сила тока через тиристор меньше тока удержания, но больше тока отпирания, то рост силы тока приводит к снижению падения напряжения на тиристоре, то есть он ведет себя, как элемент с отрицательным сопротивлением. Возникает желание воспользоваться этим свойством в некоторых схемах. Прежде всего встает вопрос, возможно ли это. Многие источники утверждают, что выбрать рабочую точку тиристора на участке отрицательного сопротивления невозможно. Но памятуя о том, что режим работы тиристора задается силой тока, через него проходящего, нам удалось загнать рабочую точку тиристора в нужное место, применив для его питания источник тока.

Вашему вниманию подборка материалов:

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Оптимальным рабочим током тиристора в этом режиме является 3/4 от тока удержания, так как, как правило, ток отпирания равен половине тока удержания, а мы выберем положение рабочей точки строго посредине между током удержания и током отпирания, где характеристика наиболее линейна.

[Динамическое сопротивление тиристора в рабочей точке, кОм] = ([Напряжение отпирания, В] — [Напряжение запирания, В]) / ([Ток удержания, мА] — [Ток отпирания, мА])

Из формулы видно, что оно получится отрицательным. Это равенство приблизительное.

Усилитель на тиристоре

На схеме синим обведен источник стабильного тока, реализованный на транзисторе.

VT1 — транзистор КТ502. VD1 — стабилитрон на 4.5 вольта. VD2 — динистор КН102Б. R1 — подстроечный 4 кОм. R2 — 10 кОм. R3 — от 2 до 3 кОм. Схема питается напряжением 24 вольта. Последовательно с резистором R1 лучше включить резистор 200 Ом, чтобы случайно в процессе регулировки не установить силу тока слишком большой и не сжечь схему.

Приведенная схема будет усиливать сигал, поданный на вход (IN). Она пригодна для усиления сигналов с частотой до 3 кГц.

Наладка сводится к установке силы тока через тиристор в районе 7 — 9 мА.

Генератор синусоидального сигнала

В этой схеме можно использовать такой же источник стабильного тока, как и в предыдущей.

Индуктивность и конденсатор образуют колебательный контур. Генератор будет генерировать синусоидальные колебания на частоте резонанса этого контура. Она должна быть меньше 3 кГц. Подстроечный резистор 1.5 кОм

С помощью подстроечного резистора можно менять суммарное сопротивление резонансной цепи, тем самым добиваясь более качественного выходного сигнала. Наладка устройства сводится к установке нулевого сопротивления подстроечного резистора, подбору тока через источник тока таким, чтобы возникла генерация, увеличению сопротивления подстроечного резистора до срыва генерации, некоторому уменьшению этого сопротивления, чтобы генерация возобновилась.

Если сопротивление подстроечного резистора достаточно велико, чтобы генерация не возникала, то описанное устройство превращается в резонансный усилитель.

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи.

Генератор сигнала с переменной скважностью импульсов. Регулировка коэф.
Схема генератора и регулируемым коэффициентом заполнения импульсов, управляемого.

Расчет дросселя, катушки индуктивности. Рассчитать, посчитать онлайн, .
Форма для онлайн расчета дросселя, катушки индуктивности. Для изготовления индук.

Токовое управление. Транзисторная схемотехника, схема. Ток. Электроник.
Усилитель ВЧ. Пример схемы специально для биполярного транзистора. Схемотехничес.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: