Тиристорное управление: Тиристорное управление электродвигателями

16.6. Тиристорное управление электроприводом

Основными факторами, обусловившими быстрое развитие тиристорного электропривода, являются следующие: высокий КПД тиристорного преобразователя (0,95—0,97), относительно малые габариты, масса и инерционность тиристоров, незначительная мощность устройств управления.

Использование тиристоров и соответствующих систем управления позволяет получать все требуемые регулировочные характеристикии динамические режимы двигателей как переменного, так и постоянного тока.

Тиристорный электропривод переменного тока. Для регулирования частоты вращения асинхронного двигателя тиристоры включаются в цепь статора или ротора. В первом случае с их помощью можно регулировать амплитуду (фазное регулирование) или частоту (частотное регулирование) синусоидального напряжения на обмотках статора и, следовательно, вращающий момент на валу двигателя (14.35). Во втором случае можно изменять активное сопротивление цепи ротора и таким образом (рис.

14.25) регулировать его частоту вращения. На рис. 16.9 приведена схема преобразователя (регулятора) переменного напряжения на обмотках статора асинхронного двигателя с двумя встречно-параллельными тиристорами в каждой фазе. Устройство управления синхронно открывает тиристоры в порядке чередования фаз. Изменяя момент времени включения тиристоров (рис. 10.17), можно регулировать амплитуду напряжения основной гармоники. Выключение тиристоров осуществляется автоматически при изменении полярности напряжения соответствующей фазы. Такой режим называется естественной коммутацией.

Искусственной коммутациейназывается выключение тиристора посредством подключения к его выводам какого-либо источника энергии, создающего в нем ток обратного направления. Примером может служить тиристорное управление в цепи ротора асинхронного двигателя (рис. 16.10). Рабочий тиристор Т, замыкающий цепь выпрямленного тока через резистор

r₁ имеет узел искусственной коммутации. Узел искусственной коммутации содержит вспомогательный тиристор T_вс, резистор г₂^и конденсатор С.

Пусть первоначально рабочий тиристор Т открыт, а вспомогательный Т_вс закрыт. В это время конденсатор С заряжается через резистор г₂ так, как показано на рис. 16.10. Подадим теперь на управляющий электрод вспомогательного тиристора Т_вс отпирающий сигнал из устройства управления. Вспомогательный тиристор включится, и конденсатор начнет разряжаться через него и рабочий тиристор. Так как при этом разрядный ток конденсатора направлен навстречу прямому току рабочего тиристора, то последний выключается. После этого конденсатор перезаряжается через резистор r

1 и открытый вспомогательный тиристор.

Чтобы вновь включить рабочий тиристор, на его управляющий электрод надо подать сигнал из устройства управления. При этом конденсатор своим разрядным током выключает вспомогательный тиристор, а сам конденсатор перезаряжается, возвращаясь к состоянию, показанному на рисунке.

Следующий цикл начинается с подачи сигнала из устройства управления на управляющий электрод вспомогательного тиристора.

Эквивалентное сопротивление цепи ротора зависит от отношения интервалов времени открытого и закрытого состояний рабочего тиристора. Регулируя это отношение, можно регулировать среднее значение тока ротора и, следовательно, момент, развиваемый асинхронным двигателем.

Одним из наиболее перспективных способов регулирования частоты вращения асинхронных двигателей является

изменение частоты напряжения на обмотках статора. Для этой цели широко используются тиристорные автономные инверторы, т. е. устройства преобразования постоянного напряжения в переменное с любым числом фаз.

Рассмотрим простейшую схему однофазного автономного инвертора (рис. 16.11), в которой источник постоянного напряжения Е соединен со средней точкой первичной обмотки трансформатора. Когда тиристор T₁ включается сигналом блока управления, а тиристор Т₂ закрыт, то источник постоянного напряжения Е подключается к левой половине первичной обмотки трансформатора. Ток этой части •первичной обмотки возбуждает магнитный поток в магнитопроводе трансформатора. При этом во вторичной обмотке трансформатора индуктируется ЭДС, а конденсатор

С заряжается, как показано на рисунке.

Если управляющий сигнал включает тиристор Т₂, то перезарядка конденсатора С закрывает тиристор T₁ аналогично рис. 16.10, а источник постоянного напряжения Е подключается к правой половине первичной обмотки. В магнитопроводе возбуждается магнитный поток противоположного направления, чему соответствует и изменение направления ЭДС, индуктируемой во вторичной обмотке ω₂. Частота переменного напряжения, получаемого от инвертора, определяется частотой генератора управляющих сигналов, включающих поочередно тиристоры.

Описанный инвертор может быть использован для плавной регулировки частоты вращения однофазных и двухфазных асинхронных двигателей (см. § 14.18).

Инвертирование постоянного напряжения в трехфазную или многофазную систему напряжений осуществляется аналогично. Обычно в инверторе вместо источника постоянного напряжения

Е используется выпрямленное напряжение сети переменного тока. Если для этой цели, так же как и для инвертирования, использовать тиристоры, то выпрямленное напряжение можно регулировать в широких пределах (см. рис. 10.17). Это дает дополнительные возможности для управления асинхронным двигателем.

Устройства, сочетающие в себе тиристорные выпрямители и тиристорные инверторы, принято называть шириапорными преобразователями. В электроприводе иногда используют и более сложные тиристорные преобразователи, например тиристорные выпрямитель — инвертор — выпрямитель.

Применение различных способов тиристорного управления позволяет плавно и экономично регулировать частоту вращения асинхронных двигателей в диапазоне до 50 : 1 и выше.

Тиристорный электропривод постоянного тока. При необходимости регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока и получения специальных характеристик в настоящее время широко используются тиристорные преобразователи. С их помощью двигатели постоянного тока можно подключить к сети переменного тока.

Одна из простейших схем включения двигателя постоянного тока в трехфазную цепь переменного тока приведена на рис. 16.12. Управляющее устройство синхронно включает тиристоры в порядке чередования фаз в положительные полупериоды фазных напряжений (рис. 10.17). В отрицательные полупериоды фазных напряжений происходит естественная коммутация, и тиристоры соответствующих фаз закрываются.

Среднее значение выпрямленного напряжения трех фаз равно напряжению на якоре двигателя постоянного тока (10.

10):

где α — угол запаздывания включения тиристоров.

Изменяя угол запаздывания с помощью блока управления, можно изменять постоянное напряжение на якоре двигателя, т. е. постоянный ток в цепи якоря I_я. В свою очередь это приводит к изменению вращающего момента на валу двигателя (13.2).

Индуктивная катушка в цепи якоря служит для уменьшения пульсаций тока.

Система управления тиристорным преобразователем, импульсно-фазовое управление ТП ✮ Newet.ru

Ваш город: Москва

Ваш или ближайший к вам город: Москва

Часы работы 9:00-18:00

Главная страница

Статьи

Управление тиристорным преобразователем

02.10.2011

Разработка и модернизация систем управления тиристорными преобразователями (ТП) представляют собой очень важные вопросы для многих отраслей экономики, включая металлургию, целлюлозно-бумажную промышленность, гальванику, электротранспорт.

Это связано с массовым переходом потребителей с устаревших устройств на современную технику, оснащенную микропроцессорными контроллерами. Подобное оборудование отличается более высокой надежностью, точностью характеристик и возможностью интеграции в системы автоматизации производства.

Содержание

• Особенности управления ТП
• Принцип работы СИФУ
• Требования к СИФУ
• Выбор контроллера для управления тиристорами
• Программное обеспечение
• Итоги

С точки зрения управления, тиристорный преобразователь является достаточно сложным устройством. Он требует соблюдения очень жестких требований по точности, частоте, продолжительности формирования импульсов. При этом должна обеспечиваться синхронизация с сетью электропитания переменного тока, что представляет собой непростую задачу, в случае, например, низкого качества и стабильности входного напряжения. Также необходимо реализовать схемы, которые защитят силовой блок преобразователя от различных аварийных процессов.

Кроме того, преобразователи напряжения широко используются для повышения энергоэффективности управления электроприводами. Для этого они должны обеспечивать мягкий запуск и рациональные энергетические режимы работы исполнительных устройств. Система управления должна оснащаться комплексом средств, которые обеспечивают удобство работы, контроля, диагностики и анализа неисправностей. Также необходимо, чтобы управляющая схема обладала функциональной и конструктивной завершенностью для возможности быстрой и удобной интеграции как в новые, так и уже эксплуатируемые электроприводы.

Для эффективного решения задач по управлению тиристорными преобразователями используются микроконтроллеры с цифровой системой импульсно-фазового управления (СИФУ).

Система импульсно-фазового управления тиристорными преобразователями состоит из следующих основных элементов:

• блок синхронизации;
• аналогово-цифровой преобразователь;
• таймер отбивки фазы.

Блок синхронизации выделяет момент начала отчета в плюсовой или минусовой полуволне фазного напряжения и дает команду начинать отбивку интервала отсчета фазы, которая необходима для смещения управляющих импульсов. Необходимый уровень выходного постоянного напряжения зависит от кода оцифровки на входе аналогово-цифрового преобразователя. Далее сигнал подается на входы реверсивного таймера отбивки фазы. В этом счетчике происходит формирование импульса управления тиристорным преобразователем. Поскольку длительность управляющего сигнала очень мала, силовые ключи, в некоторых случаях, могут не отрыться. Чтобы избежать этого, используются специальные блоки формирования импульса. Они обеспечивают расширение сигнала и согласовывают его мощность с параметрами элемента управления.

Если нужно управлять реверсивным электроприводом, в схему добавляется блок логики. Он выполняет контроль группы вентилей, которые обеспечивают различные режимы работы привода — движение, торможение, реверс. Также блок логики отслеживает величины регулируемых параметров. Это позволяет блокировать подачу импульсов на силовые ключи, если они превышают допустимые значения.

Системы импульсно-фазового управления тиристорными преобразователями должны генерировать строго симметричные по фазе управляющие импульсы. Асимметрия сигналов приводит к неравномерной нагрузке силовых ключей вследствие разной продолжительности их работы. Это, в свою очередь, вызывает нарушение условий нормального функционирования питающего трансформатора и дросселя.

Еще одним важным требованием к управляющей системе является ее быстродействие. Для обеспечения высокой скорости работы устройства выполняются практически безынерционными. Быстродействие современных микропроцессоров составляет до нескольких наносекунд. При этом минимальная длительность импульса должна превышать время включения вентиля. Причем за время существования импульсного сигнала нужно, чтобы электроток в анодной цепи тиристора смог вырасти до значения тока удержания.

При выборе драйвера для управления тиристорными преобразователями нужно руководствоваться такими параметрами, как максимальное входное напряжение, выходной ток, ток управления, напряжение изоляции. Также контроллер может обеспечивать следующие режимы работы:

• Снижение тока заряда конденсаторов, расположенных после выпрямительного моста. Это снижает риск срабатывания защитных устройств и выхода конденсаторов из строя при больших пусковых токах.
• Регулировка напряжения шины электропитания.
• Программирование характеристик нарастания напряжения.
• Возможность подключения к одно- и трехфазной электросети.
• Защита от КЗ по шине питания.
• Генерирование сигнала неисправности.

Структура ПО системы импульсно-фазового управления тиристорными преобразователями может включать три основных уровня:

1. Уровень прерываний. Приложения, которые действуют на этом участке, обеспечивают синхронизацию с сетью питания, реализуют алгоритмы непосредственного управления ТП, поддерживают обмен информацией через интерфейсы.
2. Уровень фоновых задач. В этом случае программы необходимы для выполнения сервисных функций, а также для подготовки данных, участвующих в сетевом обмене.
3. Уровень системных драйверов. Работающее на этом уровне ПО призвано обеспечивать взаимодействие между программными и аппаратными средствами (аналого-цифровым преобразователем, цифрово-аналоговым преобразователем, таймерами, портом ввода-вывода и пр. ).

Программирование контроллеров может осуществляться с переключением программных переключателей в определенное положение. Также многие устройства поддерживают программирование в режиме реального времени с помощью персонального компьютера с установленными специальными приложениями.

В статье были описаны основные особенности систем управления тиристорными преобразователями, рассмотрена специфика работы аппаратных и программных средств СИФУ.

Читайте также

27.04.2016

Питание компьютерного и телекоммуникационного оборудования постоянным током

В статье приведен отчет об опыте эксплуатации различного компьютерного…

21.08.2015

Google потерял часть данных пользователей из-за удара молнии

Удар молнии, попавший в один из центров обработки данных Google в Бель…

12.07.2012

Источники питания для светодиодного освещения

Рассмотрены основные требования к источникам питания для светодиодных . ..

11.07.2014

Электрические сети и сбои электропитания

Глава из книги Генерального директора ООО «А и Т Системы» …

21.12.2020

Как правильно выбрать источник питания (выпрямитель) для гальваники

В статье рассмотрены особенности применения источников питания постоян…

08.02.2013

Источники бесперебойного питания — не защита от помех!

Типичной ошибкой подавляющего большинства пользователей является устан…

12.07.2012

Как правильно выбрать бытовой стабилизатор напряжения

В статье рассмотрены основные конструкции бытовых стабилизаторов перем…

13.03.2019

Обзор реле контроля изоляции «Форпост»

В статье рассмотрена специфика применения реле контроля изоляции «Форп…

Ваш или ближайший к вам город

Москва

Да, все верно

Выбрать другой

Ваш или ближайший к вам город

Диод и тиристор (Si/SiC) — Infineon Technologies

Обзор

Силовые диоды и тиристоры в различных исполнениях и корпусах

Подкатегории диодов и тиристоров (Si/SiC)

Свернуть все подкатегории Развернуть все подкатегории

Цель максимальной надежности и эффективности базовой технологии всегда является движущейся целью; поэтому мы понимаем, что постоянное совершенствование имеет важное значение. Являясь лидером рынка силовых диодов и тиристоров, мы предлагаем базовые технологии для производства, передачи, снабжения и управления электроэнергией на всех континентах мира.

Наше самое сильное желание – сделать наших клиентов успешными на их рынках. Вот почему мы внедряем инновации, разрабатываем и производим самые передовые решения для их систем: высокопроизводительные диски с высочайшей удельной мощностью и дополнительными функциями, тиристорно-диодные модули с привлекательным соотношением цены и качества, высокоэффективные кремниевые или карбидокремниевые диоды CoolSiC™. в дискретных корпусах, а также на голых кристаллах для максимальной гибкости.

Мощные диоды и тиристоры используются для значительного повышения эффективности во многих приложениях. Они установили стандарты в диапазоне мощностей от 10 кВт до более 10 ГВт. Дискретные диоды Шоттки на основе кремния или карбида кремния (SiC) предназначены для таких приложений, как серверные фермы, солнечные установки или системы хранения энергии. Подходит как для промышленного, так и для автомобильного применения.

Основные моменты

Биполярный интернет-магазин Infineon

Найдите более 1000 продуктов в нашем интернет-магазине биполярных полупроводников 

Заказать прямо здесь

Отдельные сборки

Индивидуальные блоки питания на тиристорах/диодах

Запрос

Информационный бюллетень Infineon Bipolar

Подпишитесь на последние новости о продуктах Infineon Technologies Bipolar.

Зарегистрироваться

Документы, которые могут представлять интерес

Документы

Поддержка дизайна

Видео

Партнеры

Обучение

Усовершенствованная передача и распределение

Тиристоры доминировали в этом приложении на протяжении многих десятилетий. В настоящее время тиристоры, а также IGBT используются в системах HVDC и FACTS для удовлетворения различных потребностей.

Диод Шоттки CoolSiC™ 1200 В в реальном 2-контактном корпусе TO-247 — описание продукта

Диод Шоттки CoolSiC™ 1200 В в реальном 2-контактном корпусе TO-247 — применение продукта

Диод Шоттки CoolSiC™ 650 В G6 — непревзойденная эффективность и соотношение цены и качества

Последнее поколение диодов Шоттки Infineon CoolSiC™ 650 В G6 с лучшим соотношением цены и качества обеспечивает наилучшую эффективность на доллар.

Power Conversion

Infineon предлагает обширный портфель мощных продуктов для Power Conversion, чтобы помочь своим клиентам в достижении их целей.

Возобновляемая энергия ветряных электростанций

Энергия означает жизнь: она обогревает дома, приводит в действие автомобили и освещает мегаполисы. Глобальный аппетит к энергии ненасытен, в то время как ресурсы истощаются.

Семейства диодов Rapid 650 В

Мощные кремниевые диоды Rapid 1 и 2 дополняют существующие мощные диоды 600/650 В, заполняя пробел между SiC-диодами и диодами, управляемыми эмиттером.

650 В Rapid 1 Diode

Семейство диодов Rapid 1 компании Infineon с температурно-стабильным прямым напряжением (V F) 1,35 В обеспечивает самые низкие потери проводимости, а за счет мягкого восстановления сводит электромагнитные помехи к минимуму.

650 В Диод Rapid 2

Семейство диодов Rapid 2 предназначено для приложений, переключающихся между 40 кГц и 100 кГц, предлагая низкий заряд обратного восстановления (Q rr) и время (t rr), чтобы минимизировать время обратной проводимости, связанное с переключателем питания потери при включении и, таким образом, обеспечивает максимальный КПД.

Приложения

Поддержка

Контакт

Что такое реактор с тиристорным управлением? Модуль TCR и блок-схема для коррекции коэффициента мощности с использованием TCR

Реактор с тиристорным управлением , сокращенно TCR, представляет собой устройство, используемое в энергосистемах, которое обеспечивает быструю реактивную мощность и характеристики ограничения напряжения для малонагруженной системы. В основном это касается контроля состояния временного перенапряжения и состояния коллапса напряжения, когда наблюдается увеличение переходной устойчивости и уменьшение колебаний системы.

TCR обычно имеет два инверсных тиристора, соединенных параллельно, и последовательно с ними реактивное сопротивление.

Введение

Будучи связанными с областью электроники, реакторы с тиристорным управлением показали значительное увеличение их использования в энергосистемах в эти развивающиеся годы. TCR имеют полную структуру силовой электроники, поэтому поток несинусоидальных величин в системе может привести к резонансу.

При рассмотрении систем переменного тока магнитное поле внутри цепи создается реактивной мощностью. В такой системе каждый отдельный компонент либо генерирует, либо потребляет энергию, то есть от генерации, распределения до передачи и нагрузки.

Реактивное сопротивление цепи, которое является составной частью импеданса ветви цепи переменного тока, вместе с сопротивлением вносит свой вклад в ее реактивную мощность. Реактивное сопротивление может быть индуктивным или емкостным по своей природе. Как правило, нагрузки носят индуктивный характер, поэтому требуется отстающая реактивная мощность.

Реактор с тиристорным переключателем (TSR) работает аналогично TCR, но в отличие от TCR, TSR имеет конденсатор вместо индуктивного реактора.

Модуль TCR

Мы уже обсуждали, что типичный TCR состоит из индуктивного реактора, последовательно соединенного с двумя параллельными двунаправленными (инверсными) тиристорами, как показано ниже:

Основной функцией TCR является управление реактивной мощностью путем управления углом открытия двух тиристоров в конфигурации. Следовательно, здесь управляющим элементом является тиристор, а управляемым элементом – реактор. Здесь два инверсных тиристора проводят попеременно две половины частоты питания.

Во время работы ввод, подаваемый на тиристорный вентиль, задерживается с учетом опорного значения для одного и того же пика приложенного напряжения в каждом полупериоде ввода питания.

Это ясно показано ниже:

Здесь напряжение на реакторе опережает ток на 90°. Таким образом, когда обеспечен угол открытия 90 °, это приведет к максимальному току через реактор. Кроме того, когда обеспечивается угол открытия 180°, это приводит к нулевому току реактора.

Диапазон угла открытия, обозначенный α, поддерживается в пределах от 90° до 180°, поскольку этот диапазон облегчает изменение тока от нуля до его максимального значения по отношению к пику приложенного напряжения.

Системное моделирование любой электронной схемы представляет собой реализацию модели в виде микропроцессорной системы. Модель реактора с тиристорным управлением с системным моделированием имеет коммутацию катушки индуктивности, включающую микропроцессор.

Основными компонентами системы являются:

• Источник снабжения
• Детектор пересечения нуля
• Микроконтроллер
• Дисплей
• Блок индукторов
• СКР

На рисунке ниже представлена ​​блок-схема системы повышения коэффициента мощности за счет использования реактора с тиристорным управлением:

Микроконтроллер и другие периферийные устройства системы возбуждаются от источника постоянного тока. Первоначально напряжение питания переменного тока подается на мостовой выпрямитель, который преобразует приложенный вход переменного тока в пульсирующий постоянный ток. Этот сигнал постоянного тока подается на блок сравнения, который формирует цифровой сигнал напряжения. Для определения коэффициента мощности на микроконтроллер подаются напряжение и ток в цифровом виде.

Таким образом, сигнал переменного тока также преобразуется в цифровой сигнал, аналогичный сигналу напряжения. Как только это будет сделано, цифровая форма сигнала тока и напряжения подается на блок микроконтроллера через детектор пересечения нуля. Когда сигналы достигают микроконтроллера, он проверяет разницу во времени, существующую между переходами тока и напряжения через нуль. Это значение разности соответствует диапазону существования коэффициента мощности.

Микроконтроллер формирует соединение с ЖК-дисплеем, чтобы вывод разницы отображался на экране. Между микроконтроллером и двумя инвертированными тиристорами находится оптоизолятор, обеспечивающий гальваническую развязку между двумя устройствами. Итак, по величине разности микроконтроллер подает сигнал на оптоизолятор, который включает двунаправленные тиристоры за счет энергии света.

Здесь следует отметить, что затемненный элемент используется для ограждения узла изолятора, где источник и датчик находятся друг напротив друга. Необходимые катушки индуктивности подключаются параллельно нагрузке, и таким образом можно импровизировать коэффициент мощности.

Стабильность и гармоники

Из-за повышения нагрузки или изменения состояния системы возникает неконтролируемое повышение или понижение напряжения, что приводит к нестабильности системы. Эта нестабильность в основном связана с тем, что энергосистема не может обеспечить требуемую реактивную мощность.

Для компенсации этого наряду с TCR используется еще и статический компенсатор реактивной мощности. Однако в некоторых условиях наличие компенсатора приводит к нестабильности системы питания. Кроме того, присутствие гармонических составляющих может привести к резонансу в системе, что приведет к высоким искажениям.