В промышленности широкое распространение получили приводы с управляемыми полупроводниковыми вентилями — тиристорами. Тиристоры изготовляют на ток, доходящий до сотен ампер, на напряжение до 1000 и более вольт. Они отличаются высоким к. п. д., относительно малыми размерами, высоким быстродействием и способностью работать в широком диапазоне температуры окружающей среды (от -60 до +60 °С).

Тиристор представляет собой не полностью управляемый прибор,
который включается подачей соответствующего потенциала на управляющий электрод,
а отключается только принудительным разрывом цепи тока за счет отключения
напряжения, естественного перехода его через нуль или подачи гасящего напряжения
обратного знака. Изменением момента подачи управляющего напряжения (его задержкой) можно регулировать среднее значение выпрямленного напряжения
и тем самым скорость двигателя.

Среднее значение выпрямленного напряжения при отсутствии регулирования в основном определяется схемой включения тиристорного преобразователя. Схемы преобразователей делятся на два класса: с нулевым
выводом и мостовые.

В установках средней и большой мощности преимущественно используются мостовые схемы преобразователей, что
в основном обусловлено двумя причинами:

• меньшим напряжением
  на каждом из тиристоров,

• отсутствием постоянной составляющей
  тока, протекающего по обмоткам трансформатора.

Схемы преобразователей могут также отличаться числом фаз: от одной в установках
малой мощности до 12 — 24 в мощных преобразователях.

Все варианты тиристорных преобразователей наряду с положительными
свойствами, как-то малой инерционностью, отсутствием вращающихся элементов, меньшими (по сравнению с электромеханическими
преобразователями) габаритами, обладают и рядом недостатков:

1. Жесткая связь с питающей сетью: все колебания напряжения в сети
непосредственно передаются в систему привода, а толчки нагрузки на
оси двигателя немедленно передаются в сеть и вызывают всплески тока.

2. Низкий коэффициент мощности при регулировании напряжения
в сторону снижения.

3. Генерация высших гармонических, загружающих питающую сеть.

Механическая характеристика двигателя, питаемого от тиристорного
преобразователя, определяется напряжением, приложенным к якорю,
и характером его изменения с нагрузкой, т. е. внешней характеристикой
преобразователя и параметрами преобразователя и двигателя.

Устройство и принцип действия тиристора

Тиристор (рис. 1, а) представляет собой четырехслойный кремниевый полупроводник с двумя р-n-переходами и одним n-р-переходом. Величина силы тока I, проходящего через тиристор под действием анодного напряжения Uа, зависит от тока Iу управления, проходящего через управляющий электрод под действием напряжения Uy управления.

Если ток управления отсутствует (Iу = 0), то при повышении напряжения Uа ток I в цепи потребителя П будет нарастать, оставаясь, однако, весьма малым по величине (рис. 1, б).

Рис. 1. Структурная схема (а), вольтамперная характеристика (б) и конструктивное оформление (в) тиристора

В это время переход n-р, включенный в непроводящем направлении, обладает большим сопротивлением. При определенном значении Ua1 анодного напряжения, называемом напряжением открывания, зажигания или переключения, наступает лавинный пробой запирающего слоя. Его сопротивление становится малым, а сила тока возрастает до значения, определяемого, в соответствии с законом Ома, сопротивлением Rп потребителя П.

При увеличении силы тока Iу напряжение Ua уменьшается. Ток Iу, при котором напряжение Ua достигает наименьшего значения, называют током Iс спрямления.

Закрывание тиристора происходит при снятии напряжения Ua или при изменении его знака. Номинальной силой тока Iн тиристора называют наибольшее среднее значение силы тока, проходящего в прямом направлении, не вызывающее недопустимого перегрева.

Номинальным напряжением Uн называют наибольшее допустимое амплитудное напряжение, при котором обеспечивается заданная надежность прибора.

Падение напряжения Uн, созданное номинальным током, называют номинальным падением напряжения (обычно Uн = 1 — 2 В).

Величина силы тока Iс спрямления колеблется в пределах 0,1 — 0,4 А при напряжении Uc 6 — 8 В.

Тиристор надежно открывается при длительности импульса в 20 — 30 мкс. Интервал между импульсами не должен быть менее 100 мкс. Когда напряжение Ua уменьшается до нуля, тиристор запирается.

Внешнее конструктивное оформление тиристора приведено на рис. 1, в. На медном основании 1 с шестигранной огранкой и хвостовиком с резьбой укрепляется кремниевая четырехслойная структура 2 с силовым отрицательным 3 и управляющим 4 выводами. Кремниевая структура защищена металлическим кожухом 5 цилиндрической формы. В кожухе укреплен изолятор 6. Резьбу в основании 1 используют для установки тиристора и для присоединения к положительному полюсу источника анодного напряжения.

При увеличении напряжения Ua уменьшается ток управления, необходимый для открывания тиристора (см. рис. 1, б). Ток управления открывания пропорционален напряжению uуо управления открывания.

Если Uа меняется по закону синуса (рис. 2), то необходимые напряжения и 0 открывания могут быть изображены штриховой линией. Если приложенное напряжение управления Uy1 постоянно и его значение ниже минимального значения напряжения uуо, то тиристор не открывается.

Если напряжение управления увеличить до значения Uy2, то тиристор откроется, как только напряжение Uy2 окажется больше напряжения uуо. Изменяя величину uу, можно изменять угол открывания тиристора в пределах от 0 до 90^о.

Рис. 2. Управление тиристором

Для открывания тиристора при углах, превышающих 90°, применяют переменное напряжение управления uу, изменяющееся, например, синусоидально. При напряжении, соответствующем точке пересечения синусоидой этого напряжения штриховой кривой uуо = f(t), тиристор открывается.

Смещая синусоиду uуо по горизонтали вправо или влево, можно изменять угол t0 открывания тиристора. Такое управление углом открывания называют горизонтальным. Его осуществляют посредством специальных фазосмещателей.

Смещая ту же синусоиду по вертикали вверх или вниз, также можно изменять угол открывания. Такое управление называют вертикальным. В этом случае с переменным напряжением управления uу алгебраически складывают постоянное напряжение, например, напряжение Uy1. Угол открывания регулируют путем изменения величины этого напряжения.

После открывания тиристор остается открытым до конца положительного полупериода, и напряжение управления не влияет на его работу. Это позволяет применить также импульсное управление, периодически подавая положительные импульсы напряжения управления в нужные моменты времени (рис. 2 внизу). При этом повышается четкость управления.

Изменяя тем или иным способом угол открывания тиристора, можно подавать на потребитель импульсы напряжения различной формы. При этом изменяется величина среднего значения напряжения на зажимах потребителя.

Для управления тиристорами применяют различные устройства. В схеме, показанной на рис. 3, напряжение сети переменного тока подается на первичную обмотку трансформатора Tp1.

Рис. 3. Схема управления тиристорами

В цепь вторичной обмотки этого трансформатора включен двухполупериодный выпрямитель B1, В2, В3, В4 со значительной индуктивностью L в цепи постоянного тока. Пульсации выпрямленного тока при этом практически устраняются. Но такой постоянный ток может быть получен лишь при двухполупериодном выпрямлении переменного тока, имеющего форму, показанную на рис. 4, а.

Таким образом, в данном

10.12.2016 Без рубрики Нет комментариев