Tyrystorowe regulatory napięcia

Tyrystorowe regulatory napięcia to urządzenia przeznaczone do sterowania prędkością i momentem obrotowym silników elektrycznych. Regulacja prędkości i momentu obrotowego odbywa się poprzez zmianę napięcia dostarczanego do stojana silnika i odbywa się poprzez zmianę kąta otwarcia tyrystorów. Ten sposób sterowania silnikiem nazywany jest sterowaniem fazowym. Metoda ta jest rodzajem sterowania parametrycznego (amplitudy).

Tyrystorowe regulatory napięcia mogą być realizowane zarówno z zamkniętymi, jak i otwartymi układami sterowania. Regulatory z otwartą pętlą nie zapewniają zadowalającej wydajności regulacji prędkości. Ich głównym celem jest regulacja momentu obrotowego w celu uzyskania pożądanego trybu pracy napędu w procesach dynamicznych.

Uproszczony schemat tyrystorowego regulatora napięcia

Sekcja mocy jednofazowego tyrystorowego regulatora napięcia zawiera dwa sterowane tyrystory, które zapewniają przepływ prądu elektrycznego na obciążeniu w dwóch kierunkach przy sinusoidalnym napięciu wejściowym.

Sterowniki tyrystorowe z zamkniętą pętlą stosuje się z reguły z ujemnym sprzężeniem zwrotnym prędkości, co pozwala na uzyskanie wystarczająco sztywnych charakterystyk mechanicznych napędu w obszarze małych prędkości obrotowych.

Najbardziej efektywne wykorzystanie regulatorów tyrystorowych do regulacji prędkości i momentu obrotowego asynchroniczne silniki wirnikowe.

Obwody zasilania regulatorów tyrystorowych

na ryc. 1, a-e pokazują możliwe schematy włączania elementów prostownika regulatora do jednej fazy. Najczęstszym z nich jest schemat na ryc. 1, za. Można go zastosować do dowolnego schematu połączeń uzwojeń stojana. Dopuszczalny prąd płynący przez obciążenie (wartość skuteczna) w tym obwodzie w trybie prądu ciągłego wynosi:

gdzie Azt jest dopuszczalną średnią wartością prądu płynącego przez tyrystor.

Maksymalne napięcie tyrystora do przodu i do tyłu

gdzie kzap — współczynnik bezpieczeństwa dobrany z uwzględnieniem możliwych przepięć łączeniowych w obwodzie; — wartość skuteczna napięcia sieciowego.

Ryż. 1. Schematy obwodów mocy tyrystorowych regulatorów napięcia.

Na schemacie rys. 1b, w przekątnej mostka diod niesterowanych znajduje się tylko jeden tyrystor. Stosunek między prądami obciążenia i tyrystorów dla tego obwodu wynosi:

Niekontrolowane diody są wybierane dla prądu o połowę mniejszego niż tyrystor. Maksymalne napięcie przewodzenia do tyrystora

Napięcie wsteczne tyrystora jest bliskie zeru.

Schemat na ryc. 1b ma pewne różnice w stosunku do schematu z fig. 1, ale do budowy systemu zarządzania. Na schemacie rys. 1, a impulsy sterujące dla każdego z tyrystorów muszą być zgodne z częstotliwością zasilania. Na schemacie rys.1b częstotliwość impulsów sterujących jest dwukrotnie większa.

Schemat na ryc. 1, c, składający się z dwóch tyrystorów i dwóch diod, jeśli to możliwe, sterowanie, obciążenie, prąd i maksymalne napięcie przewodzenia tyrystorów jest podobne do schematu na ryc. 1, za.

Napięcie wsteczne w tym obwodzie z powodu bocznikowania diody jest bliskie zeru.

Schemat na ryc. 1d pod względem prądu i maksymalnego napięcia do przodu i do tyłu tyrystorów jest podobny do obwodu z ryc. 1, za. Schemat na ryc. 1, d różni się od rozważanych wymagań, aby układ sterowania zapewniał niezbędny zakres zmian kąta sterowania tyrystorem.Jeżeli kąt jest liczony od napięcia fazy zerowej, to dla obwodów na ryc. 1, a-c, relacja

gdzie φ- kąt fazowy obciążenia.

Dla obwodu z rys. 1, d, podobny stosunek przyjmuje postać:

Konieczność zwiększenia zakresu zmiany kąta komplikuje układ sterowania tyrystorowego… Schemat na ryc. 1, d można zastosować, gdy uzwojenia stojana są połączone w gwiazdę bez przewodu neutralnego iw trójkąt z prostownikami zawartymi w przewodach linii. Zakres tego schematu jest ograniczony do nieodwracalnych i odwracalnych napędów elektrycznych ze stykiem odwrotnym.

Schemat na ryc. 4-1, e w swoich właściwościach jest podobny do schematu na ryc. 1, za. Prąd triaka jest tutaj równy prądowi obciążenia, a częstotliwość impulsów sterujących jest równa dwukrotności częstotliwości napięcia zasilania. Wada obwodu triaka jest znacznie mniejsza niż w przypadku konwencjonalnych tyrystorów, dopuszczalne wartości du / dt i di / dt.

W przypadku regulatorów tyrystorowych najbardziej racjonalny schemat przedstawiono na ryc. 1, ale z dwoma tyrystorami połączonymi antyrównolegle.

Obwody mocy regulatorów realizowane są tyrystorami antyrównoległymi we wszystkich trzech fazach (układ trójfazowy symetryczny), w dwóch i jednej fazie silnika, jak pokazano na rys. odpowiednio 1, f, g i h.

W regulatorach stosowanych w napędach elektrycznych dźwigów najbardziej rozpowszechniony jest symetryczny obwód przełączający pokazany na rys. 1, e, który charakteryzuje się najniższymi stratami z wyższych prądów harmonicznych. Większe straty w obwodach z czterema i dwoma tyrystorami wynikają z nierównowagi napięć w fazach silnika.

Podstawowe dane techniczne regulatorów tyrystorowych serii PCT

Regulatory tyrystorowe serii PCT są urządzeniami służącymi do zmiany (zgodnie z zadanym prawem) napięcia dostarczanego do stojana silnika indukcyjnego z uzwojonym wirnikiem. Sterowniki tyrystorowe serii PCT są wykonane zgodnie z symetrycznym trójfazowym obwodem przełączającym (ryc. 1, e). Zastosowanie regulatorów podanej serii w napędach elektrycznych żurawi umożliwia regulację częstotliwości obrotów w zakresie 10:1 oraz regulację momentu obrotowego silnika w trybach dynamicznych podczas rozruchu i zatrzymania.

Regulatory tyrystorowe serii PCT przeznaczone są do prądów ciągłych 100, 160 i 320 A (prądy maksymalne odpowiednio 200, 320 i 640 A) oraz napięć 220 i 380 V AC. Regulator składa się z trzech zasilaczy zamontowanych na wspólnej ramie (zgodnie z ilością faz połączonych antyrównolegle tyrystorów), zespołu czujnika prądu oraz zespołu automatyki. W zasilaczach zastosowano tyrystory tabletkowe z chłodnicami z wytłaczanego profilu aluminiowego. Chłodzenie powietrzem — naturalnie. Blok automatyki jest taki sam dla wszystkich wersji regulatorów.

Regulatory tyrystorowe produkowane są w stopniu ochrony IP00 i przeznaczone są do montażu na standardowych ramkach sterowników magnetycznych typu TTZ, zbliżonych konstrukcyjnie do sterowników serii TA i TCA. Wymiary gabarytowe oraz wagę regulatorów serii PCT przedstawiono w tabeli. 1.

Tabela 1 Wymiary gabarytowe i masa regulatorów napięcia serii PCT

Sterowniki magnetyczne TTZ wyposażone są w styczniki kierunkowe do nawrotu silnika, styczniki obwodu wirnika oraz inne elementy przekaźnikowo-stykowe napędu elektrycznego, które komunikują sterownik z regulatorem tyrystorowym. Budowę układu sterowania regulatora widać na schemacie funkcjonalnym napędu elektrycznego pokazanym na rys. 2.

Trójfazowy symetryczny blok tyrystorowy T jest sterowany przez układ kontroli fazy SFU. Za pomocą regulatora KK w regulatorze zmienia się zadana prędkość obrotowa BZS Poprzez blok BZS w funkcji czasu sterowany jest akcelerator KU2 w obwodzie wirnika. Różnica między sygnałami odniesienia a tachogeneratorem TG jest wzmacniana przez wzmacniacze U1 i UZ.Do wyjścia wzmacniacza UZ podłączony jest przekaźnik logiczny, który ma dwa stany stabilne: jeden odpowiada załączeniu stycznika kierunku jazdy do przodu KB, drugi - do załączenia stycznika do przodu w kierunku wstecznym KN.

Równocześnie ze zmianą stanu urządzenia logicznego następuje odwrócenie sygnału w obwodzie sterowania rozdzielnicy. Sygnał ze wzmacniacza dopasowującego U2 jest sumowany z sygnałem sprzężenia zwrotnego opóźnionego prądu stojana silnika, który pochodzi z bloku ograniczenia prądu TO i jest podawany na wejście SFU.

Na blok logiczny BL oddziałuje również sygnał z czujnika prądu DT i modułu obecności prądu NT, co uniemożliwia załączenie styczników kierunkowych pod napięciem. Jednostka BL wykonuje również nieliniową korekcję układu stabilizacji prędkości w celu zapewnienia stabilności napędu. Regulatory mogą być stosowane w napędach elektrycznych mechanizmów podnoszących i jezdnych.

Regulatory serii PCT wykonane są z układem ograniczania prądu. Poziom ograniczenia prądu dla zabezpieczenia tyrystorów przed przeciążeniem i dla ograniczenia momentu obrotowego silnika w trybach dynamicznych zmienia się płynnie od 0,65 do 1,5 prądu znamionowego regulatora, poziom ograniczenia prądu dla zabezpieczenia nadprądowego — od 0,9 do. 2,0 prąd znamionowy regulatora. Szeroki zakres nastaw zabezpieczeń pozwala na współpracę regulatora tej samej wielkości standardowej z silnikami różniącymi się mocą około 2-krotnie.

Ryż. 2. Schemat funkcjonalny napędu elektrycznego z regulatorem tyrystorowym typu PCT: KK — sterownik rozkazowy; TG — tachogenerator; KN, KB — styczniki kierunkowe; BZS — blok nastawy prędkości; BL — blok logiczny; U1, U2. USA — wzmacniacze; SFU — układ kontroli fazy; DT — czujnik prądu; IT — obecna jednostka obecności; TO — jednostka ograniczająca prąd; MT — jednostka ochronna; KU1, KU2 — styczniki przyspieszenia; KL — stycznik liniowy: R — wyłącznik.

Ryż. 3. Tyrystorowy regulator napięcia PCT

Czułość systemu obecności prądu wynosi 5-10 A rms prądu w fazie. Regulator zapewnia również ochronę: zerową, przed przepięciami łączeniowymi, przed zanikiem prądu w co najmniej jednej z faz (bloki IT i MT), przed zakłóceniami w odbiorze radiowym.Bezpieczniki szybkie typu PNB 5M zapewniają ochronę przed prądami zwarciowymi.