Tyristorové regulátory napätia
Tyristorové regulátory napätia sú zariadenia určené na riadenie otáčok a krútiaceho momentu elektromotorov. Regulácia otáčok a krútiaceho momentu sa vykonáva zmenou napätia privádzaného na stator motora a vykonáva sa zmenou uhla otvorenia tyristorov. Tento spôsob riadenia motora sa nazýva fázové riadenie. Táto metóda je typom parametrického (amplitúdového) riadenia.
Tyristorové regulátory napätia môžu byť implementované s uzavretými aj otvorenými riadiacimi systémami. Regulátory s otvorenou slučkou neposkytujú uspokojivý výkon riadenia rýchlosti. Ich hlavným účelom je upraviť krútiaci moment na získanie požadovaného prevádzkového režimu pohonu v dynamických procesoch.
Zjednodušená schéma tyristorového regulátora napätia
Výkonová časť jednofázového tyristorového regulátora napätia obsahuje dva riadené tyristory, ktoré zabezpečujú tok elektrického prúdu na záťaži v dvoch smeroch pri sínusovom vstupnom napätí.
Tyristorové regulátory s uzavretou slučkou sa používajú spravidla s negatívnou spätnou väzbou otáčok, čo umožňuje dostatočne tuhé mechanické vlastnosti pohonu v oblasti nízkych otáčok.
Najúčinnejšie využitie tyristorových regulátorov na reguláciu otáčok a krútiaceho momentu asynchrónne rotorové motory.
Napájacie obvody tyristorových regulátorov
Na obr. 1, a-e znázorňujú možné schémy začlenenia usmerňovacích prvkov regulátora do jednej fázy. Najbežnejší z nich je diagram na obr. 1, a. Môže byť použitý pre akúkoľvek schému zapojenia statorových vinutí. Prípustný prúd cez záťaž (efektívna hodnota) v tomto obvode v režime nepretržitého prúdu je:
kde Azt je prípustná priemerná hodnota prúdu cez tyristor.
Maximálne predné a spätné napätie tyristora
kde kzap — bezpečnostný faktor zvolený s ohľadom na možné spínacie prepätia v obvode; — efektívna hodnota sieťového napätia siete.
Ryža. 1. Schémy výkonových obvodov tyristorových regulátorov napätia.
V diagrame na obr. 1b, v uhlopriečke mostíka neriadených diód je zahrnutý len jeden tyristor. Pomer medzi záťažovým a tyristorovým prúdom pre tento obvod je:
Nekontrolované diódy sa vyberajú pre prúd, ktorý je polovičný ako prúd tyristora. Maximálne priepustné napätie k tyristoru
Spätné napätie tyristora je blízko nule.
Schéma na obr. 1b má určité rozdiely od schémy na obr. 1, ale na vybudovanie systému riadenia. V diagrame na obr. 1 a riadiace impulzy pre každý z tyristorov musia sledovať frekvenciu napájacieho zdroja. V diagrame na obr.1b je frekvencia riadiacich impulzov dvakrát vyššia.
Schéma na obr. 1, c, pozostávajúci z dvoch tyristorov a dvoch diód, ak je to možné, riadenie, zaťaženie, prúd a maximálne priepustné napätie tyristorov je podobné schéme na obr. 1, a.
Spätné napätie v tomto obvode v dôsledku posunu diódy je blízke nule.
Schéma na obr. 1d, pokiaľ ide o prúd a maximálne dopredné a spätné napätie tyristorov, je podobné obvodu z obr. 1, a. Schéma na obr. 1, d sa líši od uvažovaných požiadaviek na riadiaci systém, aby poskytoval potrebný rozsah variácie riadiaceho uhla tyristora Ak sa uhol počíta od nulového fázového napätia, potom pre obvody na obr. 1, a-c, vzťah
kde φ- fázový uhol záťaže.
Pre obvod z obr. 1, d, podobný pomer má tvar:
Potreba zvýšiť rozsah zmeny uhla komplikuje tyristorový riadiaci systém… Diagram na obr. 1, d možno použiť, keď sú vinutia statora zapojené do hviezdy bez nulového vodiča a do trojuholníka s usmerňovačmi zahrnutými v linkových vodičoch. Rozsah tejto schémy je obmedzený na nevratné, ako aj reverzibilné elektrické pohony s reverzným kontaktom.
Schéma na obr. 4-1, e vo svojich vlastnostiach je podobná schéme na obr. 1, a. Triakový prúd sa tu rovná zaťažovaciemu prúdu a frekvencia riadiacich impulzov sa rovná dvojnásobku frekvencie napájacieho napätia. Nevýhodou triakového obvodu je oveľa menšia ako u konvenčných tyristorov, prípustné hodnoty du / dt a di / dt.
Pre tyristorové regulátory je najracionálnejšia schéma na obr. 1, ale s dvoma antiparalelne zapojenými tyristormi.
Výkonové obvody regulátorov sú realizované antiparalelnými tyristormi vo všetkých troch fázach (symetrický trojfázový obvod), v dvoch a jednej fáze motora, ako je znázornené na obr. 1, f, g a h.
V regulátoroch používaných v elektrických pohonoch žeriavov je najrozšírenejší symetrický spínací obvod znázornený na obr. 1, e, ktorý sa vyznačuje najnižšími stratami z vyšších harmonických prúdov. Väčšie straty v obvodoch so štyrmi a dvoma tyristormi sú dané nerovnováhou napätia vo fázach motora.
Základné technické údaje pre tyristorové regulátory série PCT
Tyristorové regulátory radu PCT sú zariadenia na zmenu (podľa daného zákona) napätia privádzaného na stator indukčného motora s vinutým rotorom. Tyristorové regulátory série PCT sú vyrobené podľa symetrického trojfázového spínacieho obvodu (obr. 1, e). Použitie regulátorov uvedenej série v elektrických pohonoch žeriavov umožňuje reguláciu frekvencie otáčania v rozsahu 10:1 a reguláciu krútiaceho momentu motora v dynamických režimoch pri rozbehu a zastavení.
Tyristorové regulátory radu PCT sú určené pre trvalé prúdy 100, 160 a 320 A (maximálne prúdy 200, 320 a 640 A) a napätia 220 a 380 V AC. Regulátor sa skladá z troch napájacích jednotiek zostavených na spoločnom ráme (podľa počtu fáz antiparalelne zapojených tyristorov), jednotky prúdového snímača a automatizačnej jednotky. Zdroje využívajú tabletové tyristory s chladičmi z extrudovaného hliníkového profilu. Chladenie vzduchom - prirodzene. Blok automatizácie je rovnaký pre všetky verzie regulátorov.
Tyristorové regulátory sú vyrábané s krytím IP00 a sú určené pre montáž na štandardné rámy magnetických ovládačov typu TTZ, ktoré sú dizajnovo podobné ovládačom radu TA a TCA. Celkové rozmery a hmotnosť regulátorov série PCT sú uvedené v tabuľke. 1.
Tabuľka 1 Celkové rozmery a hmotnosť regulátorov napätia série PCT
Magnetické ovládače TTZ sú vybavené smerovými stýkačmi pre reverzáciu motora, stýkačmi obvodu rotora a ďalšími relé-kontaktnými prvkami elektrického pohonu, ktoré komunikujú ovládač s tyristorovým regulátorom. Konštrukčná štruktúra riadiaceho systému regulátora je viditeľná z funkčnej schémy elektrického pohonu na obr. 2.
Trojfázový symetrický tyristorový blok T je riadený systémom riadenia fázy SFU. Pomocou ovládača KK v regulátore sa mení nastavenie otáčok BZS Cez blok BZS sa vo funkcii času ovláda urýchľovač KU2 v obvode rotora. Rozdiel medzi referenčnými signálmi a tachogenerátorom TG je zosilnený zosilňovačmi U1 a UZ Na výstup zosilňovača UZ je pripojené logické reléové zariadenie, ktoré má dva stabilné stavy: jeden zodpovedá zapnutiu dopredného stýkača. KB, druhý - k zapnutiu predného stýkača smerom dozadu KN.
Súčasne so zmenou stavu logického zariadenia sa obráti signál v riadiacom obvode rozvádzača. Signál z prispôsobovacieho zosilňovača U2 sa sčítava so spätnoväzbovým signálom oneskoreného prúdu statora motora, ktorý prichádza z bloku TO obmedzujúceho prúd a privádza sa na vstup SFU.
Logický blok BL je tiež ovplyvnený signálom z prúdového snímača DT a modulu prítomnosti prúdu NT, ktorý zakazuje spínanie smerových stýkačov pod napätím. Jednotka BL vykonáva aj nelineárnu korekciu systému stabilizácie otáčok pre zabezpečenie stability pohonu. Regulátory je možné použiť v elektrických pohonoch zdvíhacích a pojazdových mechanizmov.
Regulátory série PCT sa vyrábajú so systémom obmedzenia prúdu. Úroveň prúdového obmedzenia pre ochranu tyristorov pred preťažením a pre obmedzenie krútiaceho momentu motora v dynamických režimoch sa plynule mení od 0,65 do 1,5 menovitého prúdu regulátora, úroveň prúdového obmedzenia pre ochranu proti nadprúdu — od 0,9 do. 2,0 menovitý prúd regulátora. Široká škála nastavení ochrany umožňuje prevádzku regulátora rovnakej štandardnej veľkosti s motormi, ktoré sa líšia výkonom asi 2x.
Ryža. 2. Funkčná schéma elektrického pohonu s tyristorovým regulátorom typu PCT: KK — príkazový ovládač; TG — tachogenerátor; KN, KB — smerové stýkače; BZS — blok nastavenia rýchlosti; BL - logický blok; U1, U2. US - zosilňovače; SFU – systém riadenia fázy; DT — snímač prúdu; IT – aktuálna jednotka prítomnosti; TO — jednotka obmedzujúca prúd; MT – ochranná jednotka; KU1, KU2 — stýkače zrýchlenia; KL — lineárny stýkač: R — istič.
Ryža. 3. Tyristorový regulátor napätia PCT
Citlivosť systému prítomnosti prúdu je 5-10 A rms prúdu vo fáze. Regulátor tiež poskytuje ochranu: nulovú, pred spínacími prepätiami, pred stratou prúdu aspoň v jednej z fáz (bloky IT a MT), pred rušením rádiového príjmu.Vysokorýchlostné poistky typu PNB 5M poskytujú ochranu proti skratovým prúdom.