Ю П Колонтаєвський - Електроніка імікросхемотехніка - страница 49

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60 

1^.

 

_

і

V

_ ....     и nh и

*       ч /_ah ас

&

a)

VS1, VS2 VS3, VS4 VS5, VS6

&

6)

VS1, VS2 VS3, VS4 VS5,VS6

&

в)

VS1, VS2 VS3, VS4 VS5, VS6

а

2\s

&

Рис. 10.8 - Часові діаграми роботи тиристорів трифазного ЕК та форма напруги на активно-індуктивному навантаженні

Якщо a < j, через навантаження безперервно тече синусоїдний струм, бо кожна пара тиристорів незалежно комутує фазну напругу. При цьому тривалість протікання струму через кожний із тиристорів Х = Л і фазна напруга ua = ua (рис. 10.8, б):

u'a =42~иф sin&; ia = 42sin(ft-cp),

ZH<p

де ZH<t> - опір однієї фази навантаження.

Якщо а < агр, де агр - деякий граничний кут вмикання тирис­торів, що розділяє можливі режими, то за півперіод у кривій фазної на­пруги ua маємо шість ділянок. При цьому на трьох ділянках ua = ua

(відкриті тиристори усіх трьох фаз); на двох и а = ^- або —г~ (за­криті тиристори у двох фазах); на одній u'a = 0 (закриті тиристори в усіх трьох фазах) (рис. 10.8,в).

Якщо а > агр, то немає інтервалів одночасної роботи тиристорів

усіх трьох фаз. При цьому на двох ділянках иі = -Uab або Uac , а на

двох інших ua = 0 (рис. 10.8, г).

Третій режим реалізується при агр < а < 150°, тобто максималь­ний кут а макс = 150°.

Отже, регулювання напруги від максимального значення до нуля для розглянутих схем можливе при зміні кута регулювання a у межах рр<а< 150°.

Струми та напруги для різних режимів можна визначити розв'язан­ням диференційних рівнянь для різної кількості одночасно відкритих тиристорів. Ці рівняння для фази a для відкритих тиристорів усіх трьох фаз мають такий вигляд:

и'а =42U4j Sin & = UiLH — + faRH - (10.18)

d&

для відкритих тиристорів у фазах а та в;

и/ =      = 2t±и sin(& + зо°) = aL eh + i R -     (io i9) а     2    л/2   * " d&   а "

для відкритих тиристорів у фазах а та с;

[3 d'

u' = --а^ = -%= UA sin(#- 30°) = ooL      + iR - (10.20)

для закритих тиристорів у фазі a u'a = 0.

Розв'язанням за допомогою ЕОМ рівнянь (10.18) - (10.20) було виз­начено залежності від кутів a і j діючого значення першої гармоніки напруги на навантаженні U1b, діючого значення струму у навантаженні І , діючого значення першої гармоніки струму у навантаженні І та середнього значення струму через тиристор І . Діюче значення стру-

І и

му через тиристор визначається як —=. Залежності

v2= ()2 = f (а, ф); І н =     = f (а, ф);

'1и

Та

І1п_.

ІТа

ІТа 0

f (а, Ф);

f (а, Ф)

у відносних одиницях наведені відповідно на рис. 10.9 - 10.12, величи­ни £/и0, Іи0, І1и0, ІТа0 відповідають куту керування а = 0.

Отримані залежності дозволяють розрахувати трифазний ЕК (рис. 10.7,б і в) у різних режимах роботи.

На рис 10.13 подано дві спрощені схеми ЕК. На рис. 10.13, а по­казана схема з'єднання "тиристор-тиристор", де тиристори є у двох фазах, а третя фаза приєднана безпосередньо до навантаження. На рис. 10.13,6 - схема з трьома тиристорами, з'єднаними у трикутник і введеними у нейтраль зірки навантаження. Останнє можна реалі­зувати тільки у випадку, якщо є можливість розриву нейтралі зірки навантаження.

Рис.10.11 - Залежність Рис.10.12 - Залежність

І*ш = /(а, ф) І*Та = /(а, ф)

Перевага цих схем - у меншому числі тиристорів і деякім спрощенні системи керування. їхній недолік полягає у тому, що при симетричному керуванні тиристорами форма кривих струмів і напруг у різних фазах неоднакова і їхні діючі значення помітно різняться. Тому розглянутісхеми можна застосовувати тільки при створенні нерегульованих ЕК, де тиристори виконують функцію механічного контакту.

\vs1_\j-

2\vs2

za

uc

vs4

ua

za

vs1

ze

vs2

uc

zc

vs3

d4-

a) 6)

Рис.10.13 - Спрощені схеми трифазних ЕК змінного струму При цьому варто мати на увазі, що при повністю відкритих тиристо­рах у схемі рис. 10.13,6 середнє значення їхнього струму більше у разів, ніж у схемах рис. 10.7,а.

Напруга на тиристорах цих схем визначається лінійною напругою.

10.4. Схеми запуску керованих напівпровідникових приладів у регуляторах напруги

Схеми запуску (СЗ) призначені для підсилення й перетворення інформаційного сигналу систем керування регуляторів у сигнал із па­раметрами, нео6хідними для гарантованого вмикання чи вимикання керованого напівпровідникового приладу ЕК. Як уже зазначалось, у потужних ЕК регуляторів у якості керованих напівпровідникових при­ладів використовуються тиристори (найчастіше), симістори, оптронні тиристори, двоопераційні тиристори і БТІЗ. У слабкострумових (нижче 25 А) ЕК, в основному, застосовуються потужні біполярні й польові транзистори.

Перші три із вказаних приладів є не повністю керованими, бо їх не можна вимкнути дією на них керуючого сигналу, інші ж прилади -повністю керовані: їх можна як вмикати, так і вимикати дією керую­чого сигналу.

Загальними вимогами до СЗ для всіх типів ЕК є:

іе

іе

z

1) забезпечення надійного вмикання напівпровідникових приладів ЕК, а також їхнього вимикання (для повністю керованих приладів) в усіх режимах роботи ЕК;

2) незначна споживана потужність;

3) малі габарити й маса;

4) висока завадостійкість і надійність.

Як вже зазначалося, при створенні ЕК регуляторів змінної напруги різних типів і дотепер найбільш широко використовуються тиристо­ри. Це пояснюється тим, що вони істотно перевершують інші керо­вані напівпровідникові прилади за рівнями робочих номінальних струмів і напруг, значення яких у сучасних потужних тиристорів становлять тисячі ампер і тисячі вольт відповідно. При цьому, що особливо важ­ливо, їхня перевантажувальна здатність за струмом сягає десятків кілоампер при відносно малих втратах потужності у відкритому стані. До цього варто додати - і за вартісними показниками і за надійністю вони поки що також перевершують усі інші силові напівпровідникові прилади. Недоліки тиристорів, пов'язані з низькими частотними вла­стивостями (як правило, їхня робоча частота не перевищує 500 Гц), не є визначальними при застосуванні у низькочастотних (зазвичай 50 Гц) регуляторах. У зв'язку з цим ми найбільшу увагу приділимо СЗ саме тиристорів.

У якості таких СЗ можуть використовуватися широко застосову­вані для цієї мети у перетворювальній техніці підсилювачі-форму-вачі імпульсів. Вони являють собою сполучення одновібратора, що задає необхідну тривалість і. імпульсу керування, з імпульсним під­силювачем, що має трансформаторний вихід. Це забезпечує поряд із підсиленням сигналу електричне (гальванічне) розділення кіл силової схеми (високий потенціал) і системи керування (низький по­тенціал). Якщо для вмикання тиристора потрібен "широкий" імпульс (понад 0,1 - 0,2 мс), то в схему підсилювача-формувача додатково вводять ще й генератор імпульсів, за допомогою якого безперервний сигнал керування перетворюється у переривчастий (відбувається його модуляція), що істотно полегшує роботу вихідного транзистора за потужністю.

Структурна схема підсилювача-формувача зображена на рис. 10.14, а часові діаграми роботи - на рис. 10.15.

j~\Uex

Одновібратор

U_

Генератор

U2

Імпульсний

 

 

імпульсів

підсилювач

u

VS

Рис. 10.14 - Підсилювач-формувач імпульсів керування тиристором.

Схема структурна

U2 I

я

U2

UKep

За відсутності сигналу від системи керування регулятора генератор імпуль-" сів знаходиться у вимкненому стані і у f керуюче коло тиристора VS сигнал не " надходить. З приходом сигналу запус­ку на вхід одновібратора останній гене-1_ рує прямокутний імпульс (див. рис. 10.15) необхідної тривалості і і вмикає на цей проміжок часу генератор імпульсів. t Імпульсний підсилювач підсилює ім-Рис. 10.15 - Часові діаграми ^ пульси генератора за потужністю і напру-напруг на виходах вузлів      гою до значень, необхідних для надійно-підсилювача-формувача імпульсів го вмикання тиристора. У якості генера­тора модулюючих імпульсів зазвичай використовується мультивібратор. Приклади схем імпульсних підсилювачів наведено на рис. 10.16,а і б.

TV w"VD4

VS

UKep

o

VT2

o +

"LT

a) 6) Рис. 10.16 - Імпульсні підсилювачі

Тип схемного вирішення імпульсного підсилювача значною мірою визначається необхідною тривалістю імпульсу керування. Передача імпульсів тривалістю до 0,2 мс ("вузькі" імпульси) може здійснювати­ся за допомогою найпростішого імпульсного підсилювача (рис. 10.16,а).

Магнітопровід імпульсного трансфор­матора TV працює тут по частковій петлі гістерезису (рис. 10.17), тобто робоча індукція у магнітопроводі змінюється від залишкової Б до максимальної Б„

Тривалість імпульсу керування, що може підсилити цей підсилювач без спо­творення, визначається з виразу:

+Bs

Br

ti < ( Bs - Br) (10.21)

Рис. 10.17 - Характеристика намагнічування магнітопроводу

де w1 - кількість витків первинної обмотки імпульсного трансформа­тора струму;

S - площа перетину магнітопроводу;

U - напруга живлення.

Для передачі "широких" імпульсів керування використовується, як зазначалося вище, частотне заповнення (рис. 10.15), за якого імпульс керування формується у вигляді частотної посилки. У цьому випадку для її підсилення використовується схема підсилювача за рис. 10.16,б. Почергове вмикання транзисторних ключів VT1 і VT2 призводить до того, що магнітопровід імпульсного трансформатора TV використовуєть­ся повністю, бо працює за повним циклом перемагнічування.

За полярності сигналів на входах транзисторів VT1 і VT2, що показа­на на рис. 10.16,6, у провідному стані знаходиться транзистор VT1, а керуюча напруга подається до кола керування тиристора VS через діод VD1 від лівої вихідної півобмотки трансформатора. При зміні поляр­ності вхідної напруги керуюча напруга буде надходити з правої півоб­мотки трансформатора через діод VD3. Тривалість імпульсу, яку мож­на передати за допомогою даної схеми, визначається з достатньою точністю із виразу:

t = 2BsS

w1

(10.22)

32В

ЕЛЕКТРОНІКА І МІКРОСХЕМОТЕХНІКА

VS

Частотна модуляція імпульсу керування здійснюється частотою приблизно 5 - 10 кГц, причому півперіод імпульсів, що модулюють, і параметри осердя магнітопровода зв'язані виразом (10.22).

Число витків імпульсного трансформатора вибирається, як правило, так, щоб струм намагнічування не перевищував 10-15% усередненого струму навантаження трансформатора.

У окремих випадках, коли тиристори ЕК мають спільну точку чи їхня кількість невелика, як імпульсний підсилювач може використову­ватися транзисторний оптронний ключ, показаний на рис. 10.18.

Проектування СЗ тиристорів проводить­ся за вхідними статичними і динамічними характеристиками керування з урахуван­ням механізму перемикання тиристорів.

Вхідні ВАХ керуючого переходу тиристора залежать від його типу, тем­ператури напівпровідникової структури і істотно відрізняються від екземпляра до екземпляра навіть для одного типу через недосконалість сучасної технології виго­товлення приладів. Рис. 10.18 - Імпульсний        У довідкових матеріалах зазвичай підсилювач з транзисторним наведені вхідні ВАХ тиристорів у такому оптроном вигляді, як показано на рис. 10.19,а.

икер к ЕХ.Х.макс

+ о-

ukep

o-

_n_

R

икермакс Ех.Х.мін ■

UKep0 1

Re

Ф

E2

Rex

Rex      f(Uкер > Ікер )

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60 


Похожие статьи

Ю П Колонтаєвський - Електроніка імікросхемотехніка