محولات الثايرستور DC / DC

محول الثايرستور DC / DC (DC) هو جهاز لتحويل التيار المتردد إلى تيار مباشر مع التنظيم وفقًا لقانون معين لمعلمات الإخراج (التيار والجهد). تم تصميم محولات الثايرستور لتشغيل دوائر المحرك للمحركات وملفات مجالها.

تتكون محولات الثايرستور من الوحدات الأساسية التالية:

• محول أو مفاعل محدد التيار على جانب التيار المتردد ،

• كتل المعدل ،

• مفاعلات التسوية ،

• عناصر التحكم والحماية ونظام الإشارات.

يطابق المحول جهد الإدخال والإخراج للمحول و (مثل مفاعل الحد الحالي) يحد من تيار الدائرة القصيرة في دوائر الإدخال. تم تصميم مفاعلات التنعيم لتنعيم تموجات الجهد والتيار المعدل. لا يتم توفير المفاعلات إذا كان محاثة الحمل كافية للحد من التموج ضمن حدود معينة.

يسمح استخدام محولات الثايرستور DC-DC بإدراك نفس خصائص المحرك الكهربائي عمليًا كما هو الحال عند استخدام المحولات الدوارة في أنظمة المولدات الحركية (D - D) ، أي لضبط سرعة المحرك وعزم الدوران على نطاق واسع ، للحصول على خصائص ميكانيكية خاصة والطبيعة المرغوبة للعبور عند البدء ، والإيقاف ، والعكس ، وما إلى ذلك.

ومع ذلك ، بالمقارنة مع المحولات الثابتة الدوارة ، فإن لها عددًا من المزايا المعروفة ، وهذا هو سبب تفضيل المحولات الثابتة في التطورات الجديدة لمحركات الرافعة الكهربائية. تعد محولات الثايرستور DC-DC من أكثر المحولات الواعدة للاستخدام في المحركات الكهربائية لآليات الرافعة بقوة تزيد عن 50-100 كيلو وات والآليات حيث يلزم الحصول على خصائص خاصة لمحرك الأقراص في أوضاع ثابتة وديناميكية.

مخططات التصحيح ، مبادئ بناء دوائر الطاقة للمحولات

محولات الثايرستور مصنوعة من مرحلة واحدة ومتعددة المراحل الدوائر التصحيحية... هناك العديد من نسب التصميم لمخططات التصحيح الأساسية. يظهر أحد هذه المخططات في الشكل. 1 ، أ. ينتج تنظيم الجهد الكهربائي والتيار Ia عن طريق تغيير زاوية التحكم α ... في الشكل. 1 ، b-e ، على سبيل المثال ، يتم عرض طبيعة تغيير التيارات والفولتية في دائرة التصحيح الصفري ثلاثية الطور مع الحمل الاستقرائي النشط

أرز. 1. دارة محايدة ثلاثية الطور (أ) ومخططات لتغيرات التيار والجهد في المعدل (ب ، ج) والعاكس (د ، هـ).

تحدد الزاوية الموضحة في المخططات γ (زاوية التبديل) الفترة الزمنية التي يتدفق خلالها التيار بشكل متزامن عبر ثايرستور. يُطلق على اعتماد القيمة المتوسطة للجهد المعدل a على زاوية الضبط α خاصية التحكم.

بالنسبة للدوائر المحايدة ، يتم إعطاء متوسط ​​الجهد المعدل بالتعبير

حيث م - عدد مراحل اللف الثانوي للمحول ؛ U2f هي قيمة جذر متوسط ​​التربيع لجهد الطور للملف الثانوي للمحول.

بالنسبة لدارات الجسر ، فإن Udo أعلى مرتين ، لأن هذه الدوائر تعادل التوصيل المتسلسل لدائرتين من الصفر.

تستخدم دارات التصحيح أحادية الطور ، كقاعدة عامة ، في الدوائر ذات المقاومة الحثية الكبيرة نسبيًا ، وهي عبارة عن دوائر من ملفات الإثارة المستقلة للمحركات ، وكذلك دوائر المحرك للمحركات منخفضة الطاقة (حتى 10-15 كيلوواط). تُستخدم الدوائر متعددة الأطوار بشكل أساسي في صب دوائر حديد التسليح للمحركات بقدرة تزيد عن 15-20 كيلو وات وأقل في كثير من الأحيان لتشغيل لفات المجال. بالمقارنة مع دوائر المعدل أحادية الطور ، فإن دوائر المعدل متعدد الأطوار لها عدد من المزايا. أهمها: النبض المنخفض للجهد والتيار المعدل ، وتحسين استخدام المحولات والثايرستور ، والتحميل المتماثل لمراحل شبكة الإمداد.

في محولات الثايرستور DC-DC المخصصة لمحركات الرافعة بقوة تزيد عن 20 كيلو واط ، يتم استخدام دارة جسر ثلاثية الطور... هذا يرجع إلى الاستخدام الجيد للمحول والثايرستور ، وانخفاض مستوى التموج للجهد والتيار المعدل ، وبساطة دائرة المحولات وتصميمها.من المزايا المعروفة لدائرة الجسر ثلاثية الطور أنه لا يمكن تصنيعها باستخدام وصلة محول ، ولكن باستخدام مفاعل محدد للتيار ، تكون أبعاده أصغر بكثير من أبعاد المحول.

في دائرة محايدة ثلاثية الطور ، تكون شروط استخدام المحول مع مجموعات الاتصال شائعة الاستخدام D / D و Δ / Y أسوأ بسبب وجود مكون ثابت من التدفق. هذا يؤدي إلى زيادة في المقطع العرضي للدائرة المغناطيسية ، وبالتالي ، قوة تصميم المحول. للتخلص من المكون الثابت للتدفق ، يتم استخدام اتصال متعرج للملفات الثانوية للمحول ، مما يزيد أيضًا إلى حد ما من قوة التصميم. المستوى المتزايد ، تموج الجهد المعدل ، مع العيب المذكور أعلاه ، يحد من استخدام دائرة محايدة ثلاثية الطور.

يوصى بدائرة مفاعل سداسية الأطوار عند استخدامها للجهد المنخفض والتيار العالي لأن تيار الحمل في هذه الدائرة يتدفق بالتوازي بدلاً من التسلسل عبر صمامين ثنائيين كما هو الحال في دائرة جسر ثلاثية الطور. عيب هذه الدائرة هو وجود مفاعل تنعيم بقوة نموذجية تبلغ حوالي 70٪ من القدرة المقدرة المصححة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام تصميم محول معقد نوعًا ما في دوائر من ست مراحل.

توفر دارات المعدل القائمة على الثايرستور التشغيل في وضعين - المعدل والعاكس. عند التشغيل في وضع العاكس ، يتم نقل الطاقة من دائرة الحمل إلى شبكة الإمداد ، أي في الاتجاه المعاكس مقارنة بوضع المعدل ، وبالتالي ، عند الانعكاس ، التيار و e. إلخ. ج.توجه لفات المحولات بشكل معاكس ، وعندما يتم تقويمها - وفقًا لذلك.المصدر الحالي في الوضع العكسي هو e. إلخ. ج - الحمل (آلات التيار المستمر ، الحث) الذي يجب أن يتجاوز جهد العاكس.

يتم نقل محول الثايرستور من وضع المعدل إلى وضع العاكس عن طريق تغيير قطبية e. إلخ. ج - زيادة الحمل والزاوية α فوق / 2 مع حمل استقرائي.

أرز. 2. دائرة مضادة للتوازي لتشغيل مجموعات الصمامات. مفاعلات التسوية UR1 - UR4 ؛ RT - مفاعل الحد الحالي ؛ CP - مفاعل التنعيم.

أرز. 3. مخطط TP لا رجعة فيه لدوائر الإثارة اللفات من المحركات. لضمان وضع الانعكاس ، من الضروري أن يكون لدى الثايرستور المغلق التالي وقتًا لاستعادة خصائص الحجب الخاصة به بينما يوجد جهد سلبي عليه ، أي في الزاوية φ (الشكل 1 ، ج).

إذا لم يحدث هذا ، فيمكن إعادة فتح الثايرستور المغلق عند تطبيق جهد أمامي عليه. سيؤدي ذلك إلى انقلاب العاكس ، حيث سيحدث تيار طارئ ، على سبيل المثال إلخ. ج. تتوافق آلات التيار المستمر والمحولات في الاتجاه. لتجنب التمديد ، الشرط مطلوب

حيث δ - زاوية استعادة خصائص قفل الثايرستور ؛ β = π - α هذه هي الزاوية التي يقودها العاكس.

دوائر الطاقة لمحولات الثايرستور ، المخصصة لتشغيل دوائر حديد التسليح للمحركات ، مصنوعة في كل من إصدارات لا رجعة فيها (مجموعة مقوم واحد من الثايرستور) وإصدارات قابلة للانعكاس (مجموعتان من المقومات). الإصدارات غير القابلة للعكس من محولات الثايرستور ، التي توفر توصيلًا أحادي الاتجاه ، تسمح بالتشغيل في أوضاع المحرك والمولد في اتجاه واحد فقط لعزم دوران المحرك.

لتغيير اتجاه اللحظة ، من الضروري إما تغيير اتجاه تيار المحرك مع اتجاه ثابت تدفق المجال ، أو تغيير اتجاه تدفق المجال مع الحفاظ على اتجاه تيار المحرك.

تحتوي محولات الثايرستور المقلوبة على عدة أنواع من مخططات دوائر الطاقة. الأكثر شيوعًا هو المخطط الذي يحتوي على اتصال مضاد للتوازي لمجموعتين من الصمامات بملف ثانوي واحد للمحول (الشكل 2). يمكن تنفيذ مثل هذا المخطط بدون محول منفصل عن طريق تغذية مجموعات الثايرستور من شبكة متناوبة مشتركة من خلال محددات تيار الأنود لمفاعلات RT. يقلل الانتقال إلى إصدار المفاعل بشكل كبير من حجم محول الثايرستور ويقلل من تكلفته.

تصنع محولات الثايرستور لدوائر اللف في مجالات المحركات بشكل أساسي في بناء لا رجعة فيه. في التين. يوضح الشكل 3 أ إحدى دوائر تبديل المعدل المستخدمة. تسمح لك الدائرة بتغيير تيار الإثارة للمحرك على نطاق واسع. الحد الأدنى لقيمة التيار يحدث عندما يتم إغلاق الثايرستور T1 و T2 ، والحد الأقصى عندما يكونان مفتوحين. في التين. يوضح الشكل 3 ، ب ، د طبيعة التغيير في الجهد المعدل لهاتين الحالتين من الثايرستور ، وفي الشكل. 3 ، للشرط عندما

طرق التحكم لقلب محولات الثايرستور

عند قلب محولات الثايرستور ، هناك طريقتان رئيسيتان للتحكم في مجموعات الصمامات - مفصلية ومنفصلة. من ناحية أخرى ، تتم الإدارة المشتركة بشكل متسق وغير متسق.

مع التحكم المنسق ، نبضات إطلاق النار الثايرستور يتم تطبيقهما على مجموعتي الصمامات بطريقة تساوي متوسط ​​قيم الجهد المصحح للمجموعتين مع بعضها البعض. يتم توفير هذا بشرط

حيث av و ai - زوايا الضبط لمجموعات المقومات والمحولات. في حالة التحكم غير المتسق ، يتجاوز متوسط ​​الجهد لمجموعة العاكس جهد مجموعة المعدل. يتم تحقيق ذلك بشرط أن

لا تتساوى القيمة الآنية لجهود المجموعة مع التحكم المشترك مع بعضها البعض في جميع الأوقات ، ونتيجة لذلك في حلقة مغلقة (أو دوائر) تتكون من مجموعات الثايرستور ولفات المحولات ، تدفقات التيار المعادل للحد من مفاعلات التعادل يتم تضمين UR1-UR4 في محول الثايرستور (انظر الشكل 1).

ترتبط المفاعلات بحلقة تيار التعادل ، واحدة أو اثنتان لكل مجموعة ، ويتم اختيار محاثةها بحيث لا يتجاوز تيار التعادل 10٪ من تيار الحمل المقنن. عندما يتم تشغيل مفاعلات الحد الحالية ، اثنان لكل مجموعة ، فإنها تشبع عندما يتدفق تيار الحمل. على سبيل المثال ، أثناء تشغيل المجموعة ب ، تكون المفاعلات UR1 و UR2 مشبعة ، بينما تظل المفاعلات URZ و UR4 غير مشبعة وتحد من تيار التعادل. إذا كانت المفاعلات قيد التشغيل ، واحدة لكل مجموعة (UR1 و URZ) ، فلن تكون مشبعة عندما تتدفق الحمولة.

المحولات ذات التحكم غير المتسق لها أحجام مفاعلات أصغر من تلك ذات التحكم المنسق.ومع ذلك ، مع التحكم غير المتسق ، ينخفض ​​نطاق زوايا التحكم المسموح بها ، مما يؤدي إلى سوء استخدام المحول وانخفاض عامل القدرة للتركيب. محرك انتهكت. يتم استخدام التحكم المنفصل في مجموعات الصمامات للتخلص تمامًا من التيارات المعادلة.

يتكون التحكم المنفصل من حقيقة أن نبضات التحكم يتم تطبيقها فقط على المجموعة التي يجب أن تعمل في الوقت الحالي. لا يتم توفير نبضات التحكم في صمامات المجموعة الخاملة. لتغيير وضع التشغيل لمحول الثايرستور ، يتم استخدام جهاز تبديل خاص ، والذي ، عندما يكون تيار محول الثايرستور صفرًا ، يزيل أولاً نبضات التحكم من مجموعة العمل السابقة ، ثم بعد توقف قصير (5- 10 مللي ثانية) ، يرسل نبضات التحكم إلى المجموعة الأخرى.

مع التحكم المنفصل ، ليست هناك حاجة لتضمين مفاعلات التعادل في دائرة مجموعات منفصلة من الصمامات ، ويمكن استخدام المحول بالكامل ، واحتمال انقلاب العاكس بسبب انخفاض وقت تشغيل محول الثايرستور في وضع العاكس هو يتم تقليل فقد الطاقة وبالتالي تزداد كفاءة المحرك الكهربائي بسبب عدم وجود تيارات معادلة. ومع ذلك ، فإن التحكم المنفصل يفرض متطلبات عالية على موثوقية الأجهزة لمنع نبضات التحكم.

يؤدي عطل في تشغيل أجهزة الحجب وظهور نبضات التحكم على مجموعة الثايرستور غير العاملة إلى حدوث ماس كهربائي داخلي في محول الثايرستور ، نظرًا لأن تيار التعادل بين المجموعات في هذه الحالة يقتصر فقط على تفاعل المحول اللفات وتصل إلى قيمة كبيرة بشكل غير مقبول.