사이리스터 전기 드라이브

산업계에서는 제어되는 반도체 밸브(사이리스터)가 있는 액추에이터가 널리 사용됩니다. 사이리스터는 최대 수백 암페어의 전류, 최대 1000볼트 이상의 전압에 대해 제조됩니다. 고효율, 상대적으로 작은 크기, 고속 및 광범위한 주변 온도(-60 ~ +60 ° C)에서 작동하는 기능으로 구별됩니다.

사이리스터는 완전히 제어 가능한 장치가 아니며 제어 전극에 해당 전위를 적용하여 켜지고 차단 전압으로 인한 전류 회로의 강제 중단, 제로를 통한 자연 전환 또는 댐핑 공급에 의해서만 꺼집니다. 반대 부호의 전압. 제어 전압 공급 타이밍(지연)을 변경하여 정류 전압의 평균값과 모터 속도를 조정할 수 있습니다.

규제가 없을 때 정류 전압의 평균값은 주로 사이리스터 변환기의 스위칭 회로에 의해 결정됩니다. 트랜스듀서 회로는 제로 풀 및 브리지의 두 가지 클래스로 나뉩니다.

중간 및 고전력 설치에서는 브리지 컨버터 회로가 주로 사용되며 주로 다음 두 가지 이유로 사용됩니다.

• 각 사이리스터의 전압이 낮고,

• 변압기 권선을 통해 흐르는 정전류 성분이 없습니다.

변환기 회로는 저전력 설치에서 12 - 24의 강력한 변환기에 이르기까지 위상 수가 다를 수 있습니다.

낮은 관성, 회전 요소 부족, 더 작은 크기(전기 기계 변환기에 비해)와 같은 긍정적인 속성과 함께 사이리스터 변환기의 모든 변형에는 다음과 같은 여러 가지 단점이 있습니다.

1. 네트워크에 대한 하드 연결: 네트워크의 모든 전압 변동이 드라이브 시스템으로 직접 전송되고 부하가 증가하면 모터 축이 즉시 네트워크로 전송되어 전류 충격을 유발합니다.

2. 전압을 낮출 때 낮은 역률.

3. 더 높은 고조파 생성, 전력망 부하.

사이리스터 컨버터로 구동되는 모터의 기계적 특성은 전기자에 인가되는 전압과 부하에 따른 변화의 성질, 즉 컨버터의 외부 특성과 컨버터 및 모터의 파라미터에 의해 결정됩니다.

사이리스터의 장치 및 작동 원리

사이리스터(그림 1, a)는 2개의 pn-접합과 1개의 n-p-접합이 있는 4층 실리콘 반도체입니다. 전류 Az의 크기애노드 전압 Ua의 작용하에 사이리스터를 통과하는 것은 전류 Az제어 전압 Uy의 작용하에 제어 전극을 통과하는 동안.

제어 전류가 없으면 (Azy = 0) 전압 U가 증가함에 따라 사용자 P 회로의 전류 A가 증가하지만 매우 작은 값을 유지합니다 (그림 1, b).

쌀. 1. 사이리스터의 구성도(a), 전류-전압 특성(b) 및 구조(c)

이때 비전도 방향으로 켜진 n-p 접합은 높은 저항을 갖는다. 개방, 점화 또는 스위칭 전압이라고하는 애노드 전압의 특정 값 Ua1에서 차단 층의 애벌랜치 항복이 발생합니다.그 저항은 작아지고 전류 강도는 저항 Rp에 의해 옴의 법칙에 따라 결정된 값으로 증가합니다. 사용자 P의

전류 Iу가 증가하면 전압 Ua가 감소합니다. 전압 Ua가 가장 낮은 값에 도달하는 전류 Iu를 보정된 전류 I라고 합니다.

사이리스터는 전압 Ua가 제거되거나 부호가 변경되면 닫힙니다. 사이리스터의 정격 전류 I는 허용할 수 없는 과열을 일으키지 않는 순방향으로 흐르는 전류의 최대 평균값입니다.

공칭 전압 Un 장치의 주어진 신뢰성이 보장되는 최대 허용 진폭 전압이라고합니다.

공칭 전류에 의해 생성된 전압 강하 ΔUn을 공칭 전압 강하라고 합니다(일반적으로 ΔUn = 1 — 2 V).

보정의 전류 강도 Ic 값은 전압 Uc 6 - 8V에서 0.1 - 0.4A 범위 내에서 변동합니다.

사이리스터는 20 - 30 μs의 펄스 지속 시간으로 안정적으로 열립니다. 펄스 사이의 간격은 100μs 이상이어야 합니다. 전압 Ua가 0으로 떨어지면 사이리스터가 꺼집니다.

사이리스터의 외부 설계는 Fig.1, v… 구리 기반 1 16번째 실리콘 4층 구조 2 스레드 테일 포함, 음의 전력 3 및 4 출력 제어. 실리콘 구조는 원통형 금속 하우징(5)으로 보호됩니다. 절연체는 하우징(6)에 고정되어 있습니다. 베이스(1)의 나사산은 사이리스터를 설치하고 양극 전압원을 양극에 연결하는 데 사용됩니다.

전압 Ua가 증가함에 따라 사이리스터를 여는 데 필요한 제어 전류가 감소합니다 (그림 1, b 참조). 제어 개방 전류는 제어 개방 전압 uyo에 비례합니다.

정현파 법칙에 따라 Uа가 변경되면(그림 2) 필요한 전압과 0 개구부가 점선으로 표시될 수 있습니다. 적용된 제어 전압 Uy1이 일정하고 그 값이 전압 uuo의 최소값 미만이면 사이리스터가 열리지 않습니다.

제어 전압이 Uy2 값으로 증가하면 전압 Uy2가 전압 uyo보다 커지는 즉시 사이리스터가 열립니다. uу 값을 변경하면 사이리스터의 개방 각도를 0~90° 범위에서 변경할 수 있습니다.

쌀. 2. 사이리스터 제어

90 ° 이상의 각도에서 사이리스터를 열려면 예를 들어 정현파로 변경되는 가변 제어 전압 uy가 사용됩니다. 이 전압의 사인파와 점선 곡선 uuo = f(ωt)의 교차점에 해당하는 전압에서 Tiristor가 열립니다.

정현파 uyo를 오른쪽 또는 왼쪽으로 수평으로 이동하여 사이리스터의 각도 ωt0 개구부를 변경할 수 있습니다. 이 개방 각도 제어를 수평이라고 합니다. 특수 위상 스위치를 사용하여 수행됩니다.

동일한 사인파를 수직으로 위 또는 아래로 이동하여 개방 각도를 변경할 수도 있습니다. 이러한 관리를 수직이라고합니다. 이 경우 가변 전압 제어 tyy를 사용하여 대수적으로 정전압을 추가합니다. 예를 들어 전압 Uy1... 이 전압의 크기를 변경하여 개방 각도를 조정합니다.

일단 열리면 사이리스터는 양의 반주기가 끝날 때까지 열린 상태를 유지하며 제어 전압은 작동에 영향을 미치지 않습니다. 이것은 또한 적시에 포지티브 제어 전압 펄스를 주기적으로 적용하여 펄스 제어를 적용하는 것을 가능하게 합니다(그림 2 하단). 이것은 제어의 명확성을 증가시킵니다.

어떤 식으로든 사이리스터의 개방 각도를 변경함으로써 다양한 형태의 전압 펄스를 사용자에게 적용할 수 있습니다. 이렇게 하면 사용자 단자의 평균 전압 값이 변경됩니다.

사이리스터를 제어하기 위해 다양한 장치가 사용됩니다. 그림에 표시된 계획에서. 3에서 AC 주전원 전압은 변압기 Tp1의 1차 권선에 적용됩니다.

쌀. 3. 사이리스터 제어 회로

전파 정류기 B는 이 변압기의 2차 회로에 포함되어 있습니다.1, B2, B3, B4는 DC 회로에서 상당한 인덕턴스 L을 가지고 있습니다. 실제 파동 전류는 실질적으로 제거됩니다. 그러나 이러한 직류는 그림 1과 같은 형태의 교류를 전파 정류해야만 얻을 수 있다. 4, 가.

따라서 이 경우 정류기 B1, B2, B3, B4(그림 3 참조)는 교류 형태의 변환기입니다. 이 방식에서 커패시터 C1과 C2는 직사각형 전류 펄스와 직렬로 번갈아 나타납니다 (그림 4, a).이 경우 커패시터 C1 및 C2 (그림 4, b)의 플레이트에 가로 톱니 전압이 형성되어 트랜지스터 T1 및 T2의베이스에 적용됩니다 (그림 3 참조).

이 전압을 기준 전압이라고 합니다. DC 전압 Uy는 각 트랜지스터의 주회로에도 작용합니다. 톱 전압이 0일 때 전압 Uy는 두 트랜지스터의 베이스에서 양의 전위를 생성합니다. 각 트랜지스터는 음의 기본 전위에서 기본 전류로 열립니다.

이것은 톱 기준 전압의 음수 값이 Uy보다 클 때 발생합니다 (그림 4, b). 이 조건은 서로 다른 위상각 값에서 Uy 값에 따라 충족됩니다. 이 경우 트랜지스터는 전압 Uy의 크기에 따라 다른 시간 동안 열립니다.

쌀. 4. 사이리스터 제어 전압 다이어그램

하나 또는 다른 트랜지스터가 열리면 직사각형 전류 펄스가 변압기 Tr2 또는 Tr3의 1차 권선을 통과합니다(그림 3 참조). 이 펄스의 리딩 에지가 통과하면 사이리스터의 제어 전극에 적용되는 2차 권선에 전압 펄스가 발생합니다.

전류 펄스의 뒷면이 2차 권선을 통과하면 반대 극성의 전압 펄스가 발생합니다. 이 펄스는 2차 권선을 우회하고 사이리스터에 적용되지 않는 반도체 다이오드에 의해 닫힙니다.

사이리스터가 두 개의 변압기로 제어되면(그림 3 참조) 위상이 180° 이동된 두 개의 펄스가 생성됩니다.

사이리스터 모터 제어 시스템

DC 모터용 사이리스터 제어 시스템에서 모터의 DC 전기자 전압의 변화는 속도를 제어하는 ​​데 사용됩니다. 이러한 경우 일반적으로 다상 정류 방식이 사용됩니다.

무화과에서. 5, 그리고 이러한 종류의 가장 간단한 다이어그램은 실선으로 표시됩니다. 이 회로에서 각 사이리스터 T1, T2, T3는 변압기의 2차 권선과 모터 전기자와 직렬로 연결됩니다. NS. 등. c. 2차 권선의 위상이 다릅니다. 따라서 사이리스터의 개방각을 제어할 때 서로에 대해 위상 편이된 전압 펄스가 모터 전기자에 인가됩니다.

쌀. 5. 사이리스터 구동 회로

다상 회로에서 사이리스터의 선택된 점화 각도에 따라 간헐적이고 연속적인 전류가 모터의 전기자를 통과할 수 있습니다. 가역 전기 드라이브(그림 5, a, 전체 회로)는 T1, T2, T3 및 T4, T5, T6의 두 세트의 사이리스터를 사용합니다.

특정 그룹의 사이리스터를 열면 전기 모터 전기자의 전류 방향과 그에 따라 회전 방향이 변경됩니다.

모터의 계자 권선에서 전류 방향을 변경하여 모터를 역전시킬 수도 있습니다. 이러한 반전은 계자 권선이 전기자 권선에 비해 인덕턴스가 매우 높기 때문에 고속이 필요하지 않은 경우에 사용됩니다. 이러한 리버스 스트로크는 금속 절단기의 주요 동작의 사이리스터 드라이브에 자주 사용됩니다.

사이리스터의 두 번째 세트는 또한 전기 모터의 전기자에서 전류 방향의 변경이 필요한 제동 모드를 수행할 수 있게 합니다.고려 중인 구동 회로의 사이리스터는 모터를 켜고 끄고 시동 및 제동 전류를 제한하는 데 사용되므로 접촉기, 시동 및 제동 가변 저항을 사용할 필요가 없습니다.

DC 사이리스터 구동 회로에서 전력용 변압기는 바람직하지 않으며 설치의 크기와 비용을 증가시키기 때문에 그림 1과 같은 회로를 자주 사용합니다. 5B.

이 회로에서 사이리스터의 점화는 제어 장치 BU1에 의해 제어됩니다. 3상 전류 네트워크에 연결되어 전원을 공급하고 제어 펄스의 위상을 사이리스터의 애노드 전압과 일치시킵니다.

사이리스터 드라이브는 일반적으로 모터 속도 피드백을 사용합니다. 이 경우 타코 제너레이터 T와 중간 트랜지스터 증폭기 UT가 사용됩니다. 이메일 피드백도 사용됩니다. 등. c. 전압에 대한 네거티브 피드백과 전기자 전류에 대한 포지티브 피드백의 동시 작용에 의해 실현되는 전기 모터.

여기 전류를 조정하기 위해 제어 장치 BU2가 있는 사이리스터 T7이 사용됩니다. 애노드 전압의 음의 반주기에서 사이리스터 T7이 전류를 통과하지 않을 때 OVD의 전류는 e로 인해 계속 흐릅니다. 등. c. 자체 유도, 바이패스 밸브 B1을 통해 닫힘.

펄스 폭 제어 기능이 있는 사이리스터 전기 드라이브

고려되는 사이리스터 드라이브에서 모터는 50Hz 주파수의 전압 펄스로 전원이 공급됩니다. 응답 속도를 높이려면 펄스 주파수를 높이는 것이 좋습니다.이는 최대 2-5kHz의 주파수를 가진 다양한 지속 시간(위도)의 직사각형 DC 펄스가 모터 전기자를 통과하는 펄스 폭 제어 기능이 있는 사이리스터 드라이브에서 달성됩니다. 고속 응답 외에도 이러한 제어는 넓은 모터 속도 제어 범위와 더 높은 에너지 성능을 제공합니다.

펄스 폭 제어를 통해 모터는 제어되지 않은 정류기에 의해 전원이 공급되고 전기자와 직렬로 연결된 사이리스터는 주기적으로 닫히고 열립니다. 이 경우 DC 펄스는 모터의 전기자 회로를 통과합니다. 이러한 펄스의 지속 시간(위도)이 변경되면 전기 모터의 회전 속도가 변경됩니다.

이 경우 사이리스터는 정전압에서 작동하므로 특수 회로를 사용하여 닫습니다. 가장 간단한 펄스 폭 제어 방식 중 하나가 그림 1에 나와 있습니다. 6.

쌀. 6. 펄스 폭 제어 기능이 있는 사이리스터 전기 드라이브

이 회로에서 감쇠 사이리스터 Tr이 켜지면 사이리스터 Tr이 꺼집니다. 이 사이리스터가 열리면 충전된 커패시터 C가 조절판 Dr1, 중요한 전자 생성. 등. c.이 경우 정류기의 전압 U보다 크고 정류기 쪽을 향하는 전압이 초크 끝에 나타납니다.

정류기와 션트 다이오드 D1을 통해 이 전압이 사이리스터 Tr에 인가되어 꺼집니다. 사이리스터가 꺼지면 커패시터 C는 다시 스위칭 전압 Uc > U로 충전됩니다.

전류 펄스의 주파수 증가와 모터 전기자의 관성으로 인해 전원 공급 장치의 펄스 특성이 모터 회전의 부드러움에 실제로 반영되지 않습니다. 사이리스터 Tr 및 Tr은 펄스 폭을 변경할 수 있는 특수 위상 편이 회로에 의해 개방됩니다.

전기 산업은 완전히 조정된 사이리스터 DC 전원 드라이브의 다양한 수정을 생산합니다. 그 중에는 속도 제어 범위가 1:20인 드라이브가 있습니다. 1: 200; 1: 2000 전압 변경, 비가역 및 가역 드라이브, 전기 제동 유무에 관계없이. 제어는 트랜지스터 위상 펄스 장치를 통해 수행됩니다. 드라이브는 모터 rpm 및 e.카운터 등에 대해 음의 피드백을 사용합니다. ~와 함께

사이리스터 드라이브의 장점은 높은 에너지 특성, 작은 크기 및 무게, 전기 모터 이외의 회전 기계가 없음, 고속 및 지속적인 작업 준비입니다.사이리스터 드라이브의 주요 단점은 여전히 ​​높은 비용으로 전기 기계 및 자기 증폭기가 있는 드라이브 비용.

현재 사이리스터 DC 드라이브를 가변 주파수 AC 드라이브.