थाइरिस्टर इलेक्ट्रिक ड्राइव

उद्योग में, नियंत्रित सेमीकंडक्टर वाल्व - थाइरिस्टर - वाले एक्चुएटर्स का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। 1000 वोल्ट या उससे अधिक के वोल्टेज के लिए सैकड़ों एम्पीयर तक की धाराओं के लिए थिरिस्टर्स का निर्माण किया जाता है। वे उच्च दक्षता, अपेक्षाकृत छोटे आकार, उच्च गति और परिवेश के तापमान की एक विस्तृत श्रृंखला (-60 से +60 डिग्री सेल्सियस) में काम करने की क्षमता से प्रतिष्ठित हैं।

थाइरिस्टर पूरी तरह से नियंत्रित करने योग्य उपकरण नहीं है, जो नियंत्रण इलेक्ट्रोड के लिए संबंधित क्षमता को लागू करके चालू किया जाता है, और रुकावट वोल्टेज के कारण वर्तमान सर्किट के मजबूर रुकावट से ही बंद हो जाता है, शून्य के माध्यम से इसका प्राकृतिक संक्रमण या भिगोना की आपूर्ति विपरीत संकेत का वोल्टेज। नियंत्रण वोल्टेज (इसकी देरी) की आपूर्ति के समय को बदलकर, आप सुधारित वोल्टेज के औसत मूल्य और इस प्रकार मोटर की गति को समायोजित कर सकते हैं।

विनियमन की अनुपस्थिति में सुधारित वोल्टेज का औसत मूल्य मुख्य रूप से थाइरिस्टर कनवर्टर के स्विचिंग सर्किट द्वारा निर्धारित किया जाता है। ट्रांसड्यूसर सर्किट को दो वर्गों में बांटा गया है: जीरो-पुल और ब्रिज्ड।

मध्यम और उच्च शक्ति प्रतिष्ठानों में, मुख्य रूप से पुल कनवर्टर सर्किट का उपयोग किया जाता है, जो मुख्य रूप से दो कारणों से होता है:

• प्रत्येक थायरिस्टर्स पर कम वोल्टेज,

• ट्रांसफॉर्मर वाइंडिंग्स के माध्यम से बहने वाले निरंतर चालू घटक की अनुपस्थिति।

कन्वर्टर सर्किट चरणों की संख्या में भी भिन्न हो सकते हैं: कम-शक्ति प्रतिष्ठानों में एक से 12 - 24 शक्तिशाली कन्वर्टर्स में।

सकारात्मक गुणों के साथ थाइरिस्टर कन्वर्टर्स के सभी वेरिएंट, जैसे कम जड़ता, घूमने वाले तत्वों की कमी, आकार में छोटे (इलेक्ट्रोमैकेनिकल कन्वर्टर्स की तुलना में), कई नुकसान हैं:

1. नेटवर्क से हार्ड कनेक्शन: नेटवर्क में सभी वोल्टेज उतार-चढ़ाव सीधे ड्राइव सिस्टम में प्रेषित होते हैं और लोड बढ़ता है, मोटर अक्षों को तुरंत नेटवर्क में स्थानांतरित कर दिया जाता है और वर्तमान झटके का कारण बनता है।

2. वोल्टेज को नीचे समायोजित करते समय कम शक्ति कारक।

3. उच्च हार्मोनिक्स का उत्पादन, पावर ग्रिड पर भार।

एक थाइरिस्टर कनवर्टर द्वारा संचालित मोटर की यांत्रिक विशेषताओं को आर्मेचर पर लागू वोल्टेज और लोड के साथ इसके परिवर्तन की प्रकृति, यानी कनवर्टर की बाहरी विशेषताओं और कनवर्टर और मोटर के पैरामीटर द्वारा निर्धारित किया जाता है।

थाइरिस्टर के संचालन का उपकरण और सिद्धांत

एक थाइरिस्टर (चित्र 1, ए) एक चार-परत सिलिकॉन सेमीकंडक्टर है जिसमें दो पीएन-जंक्शन और एक एनपी-जंक्शन होता है। एनोड वोल्टेज यूए की कार्रवाई के तहत थाइरिस्टर के माध्यम से गुजरने वाले वर्तमान एज़ की परिमाण नियंत्रण वोल्टेज यूई की कार्रवाई के तहत नियंत्रण इलेक्ट्रोड से गुजरने वाले नियंत्रण के दौरान वर्तमान एज़ पर निर्भर करती है।

यदि कोई नियंत्रण करंट नहीं है (Azy = 0), तो जैसे-जैसे वोल्टेज U बढ़ता है, उपयोगकर्ता P के सर्किट में करंट A बढ़ता जाएगा, हालाँकि, शेष बहुत छोटा मान (चित्र 1, b)।

चावल। 1. ब्लॉक आरेख (ए), वर्तमान-वोल्टेज विशेषता (बी) और थाइरिस्टर का निर्माण (सी)।

इस समय, गैर-संचालन दिशा में चालू किए गए एन-पी जंक्शन में उच्च प्रतिरोध होता है। एनोड वोल्टेज के एक निश्चित मूल्य Ua1 पर, जिसे उद्घाटन, प्रज्वलन या स्विचिंग वोल्टेज कहा जाता है, अवरुद्ध परत का एक हिमस्खलन टूटना होता है। इसका प्रतिरोध छोटा हो जाता है और प्रतिरोध आरपी द्वारा ओम के नियम के अनुसार निर्धारित मूल्य तक वर्तमान ताकत बढ़ जाती है। उपयोगकर्ता का पी.

जैसे-जैसे करंट Iу बढ़ता है, वोल्टेज Ua घटता जाता है। वर्तमान Iu, जिस पर वोल्टेज Ua सबसे कम मान तक पहुँचता है, को सुधार के साथ वर्तमान I कहा जाता है।

थाइरिस्टर बंद हो जाता है जब वोल्टेज यूए हटा दिया जाता है या जब इसका संकेत बदल जाता है। थाइरिस्टर का रेटेड करंट I आगे ​​की दिशा में बहने वाले करंट का सबसे बड़ा औसत मूल्य है जो अस्वीकार्य ओवरहीटिंग का कारण नहीं बनता है।

नाममात्र वोल्टेज यूएन को उच्चतम अनुमेय आयाम वोल्टेज कहा जाता है जिस पर डिवाइस की दी गई विश्वसनीयता सुनिश्चित की जाती है।

नाममात्र वर्तमान द्वारा निर्मित वोल्टेज ड्रॉप को नाममात्र वोल्टेज ड्रॉप कहा जाता है (आमतौर पर ΔUn = 1 — 2 V)।

सुधार की वर्तमान ताकत आईसी का मान वोल्टेज यूसी 6-8 वी पर 0.1-0.4 ए की सीमा के भीतर उतार-चढ़ाव करता है।

थाइरिस्टर मज़बूती से 20 - 30 μs की पल्स अवधि के साथ खुलता है। दालों के बीच का अंतराल 100 μs से कम नहीं होना चाहिए। जब वोल्टेज Ua शून्य हो जाता है, तो थाइरिस्टर बंद हो जाता है।

थाइरिस्टर का बाहरी डिजाइन अंजीर में दिखाया गया है।1, वी… कॉपर-आधारित 1 सोलहवीं सिलिकॉन चार-परत संरचना 2 थ्रेडेड टेल के साथ, नकारात्मक शक्ति 3 और 4 आउटपुट के नियंत्रण के साथ। सिलिकॉन संरचना एक बेलनाकार धातु आवास 5 द्वारा संरक्षित है। इन्सुलेटर आवास 6 में तय किया गया है। बेस 1 में एक थ्रेड का उपयोग थाइरिस्टर स्थापित करने और एनोड वोल्टेज स्रोत को सकारात्मक ध्रुव से जोड़ने के लिए किया जाता है।

जैसे ही वोल्टेज यूए बढ़ता है, थाइरिस्टर को खोलने के लिए आवश्यक नियंत्रण धारा कम हो जाती है (चित्र 1, बी देखें)। कंट्रोल ओपनिंग करंट कंट्रोल ओपनिंग वोल्टेज uyo के समानुपाती होता है।

यदि यूए साइनसोइडल कानून (छवि 2) के अनुसार बदलता है, तो आवश्यक वोल्टेज और 0 उद्घाटन को बिंदीदार रेखा द्वारा चित्रित किया जा सकता है। यदि लागू नियंत्रण वोल्टेज Uy1 स्थिर है और इसका मान वोल्टेज uuo के न्यूनतम मान से कम है, तो थाइरिस्टर नहीं खुलता है।

यदि नियंत्रण वोल्टेज को मान Uy2 तक बढ़ा दिया जाता है, तो जैसे ही वोल्टेज Uy2 वोल्टेज uyo से अधिक हो जाता है, थाइरिस्टर खुल जाएगा। uу मान को बदलकर, आप थाइरिस्टर के खुलने के कोण को 0 से 90° की सीमा में बदल सकते हैं।

चावल। 2. थाइरिस्टर नियंत्रण

90 ° से ऊपर के कोणों पर थाइरिस्टर को खोलने के लिए, एक चर नियंत्रण वोल्टेज uy का उपयोग किया जाता है, जो बदलता है, उदाहरण के लिए, साइनसॉइडली। बिंदीदार वक्र uuo = f (ωt) के साथ इस वोल्टेज की साइन लहर के चौराहे के अनुरूप वोल्टेज पर, तिरिस्टर खुलता है।

साइनसॉइड यूयो को क्षैतिज रूप से दाएं या बाएं घुमाकर, आप थाइरिस्टर के खुलने के कोण ωt0 को बदल सकते हैं। इस उद्घाटन कोण नियंत्रण को क्षैतिज कहा जाता है। यह विशेष चरण स्विच का उपयोग करके किया जाता है।

उसी साइन लहर को लंबवत ऊपर या नीचे ले जाकर, आप ओपनिंग एंगल भी बदल सकते हैं। ऐसे प्रबंधन को वर्टिकल कहा जाता है। इस मामले में, चर वोल्टेज नियंत्रण tyy के साथ, एक स्थिर वोल्टेज बीजगणितीय रूप से जोड़ें, उदाहरण के लिए, वोल्टेज Uy1... उद्घाटन कोण को इस वोल्टेज के परिमाण को बदलकर समायोजित किया जाता है।

एक बार खोलने के बाद, थाइरिस्टर सकारात्मक अर्ध-चक्र के अंत तक खुला रहता है और नियंत्रण वोल्टेज इसके संचालन को प्रभावित नहीं करता है। यह समय-समय पर सकारात्मक नियंत्रण वोल्टेज दालों को सही समय पर लागू करके पल्स नियंत्रण को लागू करना भी संभव बनाता है (चित्र 2 नीचे)। इससे नियंत्रण की स्पष्टता बढ़ती है।

थाइरिस्टर के उद्घाटन कोण को एक या दूसरे तरीके से बदलकर, विभिन्न आकारों के वोल्टेज दालों को उपयोगकर्ता पर लागू किया जा सकता है। यह उपयोगकर्ता के टर्मिनलों पर औसत वोल्टेज के मान को बदलता है।

थायरिस्टर्स को नियंत्रित करने के लिए विभिन्न उपकरणों का उपयोग किया जाता है। अंजीर में दिखाई गई योजना में। 3, एसी मेन वोल्टेज ट्रांसफार्मर Tp1 की प्राथमिक वाइंडिंग पर लागू होता है।

चावल। 3. थायरिस्टर कंट्रोल सर्किट

डीसी सर्किट में एक महत्वपूर्ण अधिष्ठापन एल के साथ इस ट्रांसफॉर्मर के माध्यमिक सर्किट में एक पूर्ण तरंग सुधारक बी शामिल है। 1, बी 2, बी 3, बी 4। व्यावहारिक तरंग धारा व्यावहारिक रूप से समाप्त हो जाती है। लेकिन इस तरह की प्रत्यक्ष धारा केवल एक प्रत्यावर्ती धारा के पूर्ण-तरंग सुधार द्वारा प्राप्त की जा सकती है, जिसका रूप अंजीर में दिखाया गया है। 4, ए।

इस प्रकार, इस मामले में, सुधारक बी 1, बी 2, बी 3, बी 4 (चित्र 3 देखें) वैकल्पिक प्रवाह के रूप में एक कनवर्टर है। इस योजना में, कैपेसिटर C1 और C2 आयताकार वर्तमान दालों (चित्र 4, ए) के साथ श्रृंखला में वैकल्पिक हैं।इस मामले में, कैपेसिटर सी 1 और सी 2 (छवि 4, बी) की प्लेटों पर, ट्रांसवर्स टी 1 और टी 2 (छवि 3 देखें) के आधार पर अनुप्रस्थ चूरा वोल्टेज बनता है।

इस वोल्टेज को रेफरेंस वोल्टेज कहा जाता है। DC वोल्टेज Uy प्रत्येक ट्रांजिस्टर के मुख्य सर्किट में भी कार्य करता है। जब आरा वोल्टेज शून्य होता है, तो वोल्टेज Uy दोनों ट्रांजिस्टर के आधार पर सकारात्मक क्षमता पैदा करता है। प्रत्येक ट्रांजिस्टर एक नकारात्मक आधार क्षमता पर आधार धारा के साथ खुलता है।

यह तब होता है जब आरा संदर्भ वोल्टेज के ऋणात्मक मान Uy (चित्र 4, b) से अधिक हो जाते हैं। चरण कोण के विभिन्न मूल्यों पर Uy के मान के आधार पर यह स्थिति पूरी होती है। इस मामले में, वोल्टेज Uy के परिमाण के आधार पर, ट्रांजिस्टर अलग-अलग समय के लिए खुलता है।

चावल। 4. थाइरिस्टर नियंत्रण वोल्टेज के आरेख

जब एक या दूसरा ट्रांजिस्टर खुलता है, तो एक आयताकार करंट पल्स ट्रांसफॉर्मर Tr2 या Tr3 की प्राथमिक वाइंडिंग से होकर गुजरता है (चित्र 3 देखें)। जब इस पल्स का अग्रणी किनारा गुजरता है, तो सेकेंडरी वाइंडिंग में एक वोल्टेज पल्स होता है, जिसे थाइरिस्टर के कंट्रोल इलेक्ट्रोड पर लगाया जाता है।

जब वर्तमान पल्स का पिछला भाग द्वितीयक वाइंडिंग से होकर गुजरता है, तो विपरीत ध्रुवता का एक वोल्टेज पल्स होता है। यह पल्स एक सेमीकंडक्टर डायोड द्वारा बंद किया जाता है जो सेकेंडरी वाइंडिंग को बायपास करता है और थाइरिस्टर पर लागू नहीं होता है।

जब थायरिस्टर्स को नियंत्रित किया जाता है (चित्र 3 देखें) दो ट्रांसफार्मर के साथ, दो दालें उत्पन्न होती हैं, चरण 180 डिग्री से स्थानांतरित हो जाता है।

थाइरिस्टर मोटर नियंत्रण प्रणाली

डीसी मोटर्स के लिए थाइरिस्टर कंट्रोल सिस्टम में, मोटर के डीसी आर्मेचर वोल्टेज में बदलाव का उपयोग इसकी गति को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। इन मामलों में, मल्टीफ़ेज़ सुधार योजनाओं का आमतौर पर उपयोग किया जाता है।

अंजीर में। 5, और इस तरह का सबसे सरल चित्र एक ठोस रेखा के साथ दिखाया गया है। इस सर्किट में, प्रत्येक थायरिस्टर्स T1, T2, T3 ट्रांसफार्मर की द्वितीयक वाइंडिंग और मोटर आर्मेचर के साथ श्रृंखला में जुड़ा हुआ है; एन एस। वगैरह। सी. द्वितीयक वाइंडिंग चरण से बाहर हैं। इसलिए, थाइरिस्टर्स के उद्घाटन कोण को नियंत्रित करते समय वोल्टेज दालों जो एक-दूसरे के सापेक्ष चरण-स्थानांतरित होते हैं, मोटर आर्मेचर पर लागू होते हैं।

चावल। 5. थाइरिस्टर ड्राइव सर्किट

थाइरिस्टर्स के चयनित फायरिंग कोण के आधार पर, एक पॉलीपेज़ सर्किट में, रुक-रुक कर और निरंतर धाराएं मोटर के आर्मेचर से गुजर सकती हैं। एक प्रतिवर्ती इलेक्ट्रिक ड्राइव (चित्र 5, ए, संपूर्ण सर्किट) थायरिस्टर्स के दो सेटों का उपयोग करता है: टी 1, टी 2, टी 3 और टी 4, टी 5, टी 6।

एक निश्चित समूह के थाइरिस्टर्स को खोलकर, वे विद्युत मोटर की आर्मेचर में वर्तमान की दिशा बदलते हैं और तदनुसार, इसके घूर्णन की दिशा।

मोटर की फील्ड वाइंडिंग में करंट की दिशा बदलकर भी मोटर को उल्टा किया जा सकता है। ऐसे रिवर्स का उपयोग उन मामलों में किया जाता है जहां उच्च गति की आवश्यकता नहीं होती है क्योंकि आर्मेचर वाइंडिंग की तुलना में फील्ड वाइंडिंग में बहुत अधिक इंडक्शन होता है। धातु काटने की मशीनों की मुख्य गति के थाइरिस्टर ड्राइव के लिए इस तरह के रिवर्स स्ट्रोक का उपयोग अक्सर किया जाता है।

थाइरिस्टर्स का दूसरा सेट इलेक्ट्रिक मोटर के आर्मेचर में वर्तमान की दिशा में बदलाव की आवश्यकता वाले ब्रेकिंग मोड को भी करना संभव बनाता है।विचाराधीन ड्राइव सर्किट में थायरिस्टर्स का उपयोग मोटर को चालू और बंद करने के लिए किया जाता है, साथ ही शुरुआती और ब्रेकिंग धाराओं को सीमित करने के लिए, संपर्ककर्ताओं का उपयोग करने की आवश्यकता को समाप्त करने के साथ-साथ रिओस्टैट्स को शुरू करने और ब्रेक लगाने के लिए भी किया जाता है।

डीसी थाइरिस्टर ड्राइव सर्किट में, बिजली ट्रांसफार्मर अवांछनीय हैं। वे स्थापना के आकार और लागत को बढ़ाते हैं, इसलिए वे अक्सर अंजीर में दिखाए गए सर्किट का उपयोग करते हैं। 5 बी.

इस सर्किट में थाइरिस्टर के प्रज्वलन को कंट्रोल यूनिट BU1 द्वारा नियंत्रित किया जाता है। यह तीन-चरण के वर्तमान नेटवर्क से जुड़ा है, जिससे शक्ति प्रदान की जाती है और थायरिस्टर्स के एनोड वोल्टेज के साथ नियंत्रण दालों के चरणों का मिलान किया जाता है।

एक थाइरिस्टर ड्राइव आमतौर पर मोटर स्पीड फीडबैक का उपयोग करता है। इस मामले में, एक टैचोगेनेरेटर टी और एक मध्यवर्ती ट्रांजिस्टर एम्पलीफायर यूटी का उपयोग किया जाता है। ईमेल फीडबैक का भी उपयोग किया जाता है। वगैरह। सी. इलेक्ट्रिक मोटर, वोल्टेज पर नकारात्मक प्रतिक्रिया और आर्मेचर करंट पर सकारात्मक प्रतिक्रिया की एक साथ कार्रवाई द्वारा महसूस किया गया।

उत्तेजना वर्तमान को समायोजित करने के लिए, नियंत्रण इकाई बीयू 2 के साथ थाइरिस्टर टी 7 का उपयोग किया जाता है। एनोड वोल्टेज के नकारात्मक आधे चक्र में, जब थाइरिस्टर T7 करंट पास नहीं करता है, तो OVD में करंट ई के कारण प्रवाहित होता रहता है। वगैरह। सी. स्व-प्रेरण, बाईपास वाल्व बी 1 के माध्यम से बंद करना।

नाड़ी चौड़ाई नियंत्रण के साथ थाइरिस्टर इलेक्ट्रिक ड्राइव

विचाराधीन थाइरिस्टर ड्राइव में, मोटर 50 हर्ट्ज की आवृत्ति के साथ वोल्टेज दालों द्वारा संचालित होती है। प्रतिक्रिया की गति बढ़ाने के लिए, नाड़ी आवृत्ति बढ़ाने की सिफारिश की जाती है।यह पल्स चौड़ाई नियंत्रण के साथ थाइरिस्टर ड्राइव में प्राप्त किया जाता है, जहां 2-5 kHz तक की आवृत्ति के साथ अलग-अलग अवधि (अक्षांश) के आयताकार डीसी पल्स मोटर आर्मेचर से गुजरते हैं। उच्च गति प्रतिक्रिया के अलावा, ऐसा नियंत्रण बड़ी मोटर गति नियंत्रण रेंज और उच्च ऊर्जा प्रदर्शन प्रदान करता है।

पल्स चौड़ाई नियंत्रण के साथ, मोटर एक अनियंत्रित रेक्टीफायर द्वारा संचालित होता है, और आर्मेचर के साथ श्रृंखला में जुड़ा थाइरिस्टर समय-समय पर बंद और खोला जाता है। इस मामले में, डीसी दालें मोटर के आर्मेचर सर्किट से गुजरती हैं। इन स्पंदों की अवधि (अक्षांश) में परिवर्तन से विद्युत मोटर के घूर्णन की गति में परिवर्तन होता है।

चूंकि इस मामले में थाइरिस्टर निरंतर वोल्टेज पर काम करता है, इसे बंद करने के लिए विशेष सर्किट का उपयोग किया जाता है। सबसे सरल पल्स चौड़ाई नियंत्रण योजनाओं में से एक को अंजीर में दिखाया गया है। 6.

चावल। 6. पल्स चौड़ाई नियंत्रण के साथ थाइरिस्टर इलेक्ट्रिक ड्राइव

इस सर्किट में, थाइरिस्टर Tr बंद हो जाता है जब डंपिंग थाइरिस्टर Tr चालू होता है। जब यह थाइरिस्टर खुलता है, चार्ज कैपेसिटर C को डिस्चार्ज करता है गला घोंटना Dr1, एक महत्वपूर्ण ई बना रहा है। वगैरह। सी। इस मामले में, चोक के सिरों पर एक वोल्टेज दिखाई देता है, जो रेक्टिफायर के वोल्टेज यू से अधिक होता है और इसकी ओर निर्देशित होता है।

एक रेक्टिफायर और शंट डायोड D1 के माध्यम से, यह वोल्टेज थाइरिस्टर Tr पर लागू होता है और इसे बंद करने का कारण बनता है। जब थाइरिस्टर को बंद कर दिया जाता है, तो कैपेसिटर C को फिर से स्विचिंग वोल्टेज Uc> U पर चार्ज किया जाता है।

वर्तमान दालों की बढ़ती आवृत्ति और मोटर आर्मेचर की जड़ता के कारण, बिजली आपूर्ति की नाड़ी प्रकृति व्यावहारिक रूप से मोटर रोटेशन की चिकनाई में परिलक्षित नहीं होती है। थाइरिस्टर्स Tr और Tr एक विशेष फेज शिफ्ट सर्किट द्वारा खोले जाते हैं जो पल्स चौड़ाई को बदलने की अनुमति देता है।

विद्युत उद्योग पूरी तरह से विनियमित थाइरिस्टर डीसी पावर ड्राइव के विभिन्न संशोधनों का उत्पादन करता है। इनमें 1:20 स्पीड कंट्रोल रेंज वाले ड्राइव हैं; 1: 200; 1: 2000 इलेक्ट्रिक ब्रेकिंग के साथ और बिना वोल्टेज, अपरिवर्तनीय और प्रतिवर्ती ड्राइव को बदलकर। ट्रांजिस्टर चरण-पल्स उपकरणों के माध्यम से नियंत्रण किया जाता है। ड्राइव मोटर आरपीएम और ई काउंटर इत्यादि पर नकारात्मक प्रतिक्रिया का उपयोग करते हैं। साथ

थायरिस्टर ड्राइव के फायदे उच्च ऊर्जा विशेषताओं, छोटे आकार और वजन, इलेक्ट्रिक मोटर के अलावा किसी भी घूर्णन मशीनरी की अनुपस्थिति, उच्च गति और काम के लिए निरंतर तत्परता हैं। थाइरिस्टर ड्राइव का मुख्य नुकसान उनकी अभी भी उच्च लागत है, जो काफी अधिक है इलेक्ट्रिक मशीन और चुंबकीय एम्पलीफायरों के साथ ड्राइव की लागत।

वर्तमान में, थाइरिस्टर डीसी ड्राइव के साथ व्यापक रूप से प्रतिस्थापन की दिशा में एक स्थिर प्रवृत्ति है चर आवृत्ति एसी ड्राइव.