Тиристорный преобразователь
Тиристорный преобразователь
В специальных преобразовательных установках, работающих с высокими мощностными нагрузками в десятки киловатт и более, традиционно применяются инверторы на основе переключающих тиристорных устройств. Они широко используются в разнообразном промышленном оборудовании, в том числе в сварочных аппаратах, пусковых и зарядных устройствах, выпрямителях, электронагревателях и подобных устройствах. Во всех этих устройствах преобразование исходных параметров осуществляется в соответствии с общей функциональной схемой, приведенной ниже.
Функциональная схема тиристорного преобразователя
Рассмотрим подробнее виды тиристорных преобразователей и принцип их работы.
Виды преобразовательных агрегатов
В зависимости от преобразуемых параметров все известные типы устройств этого класса делятся на следующие категории:
- инвертор напряжения;
- преобразователь тока;
- Устройство, предназначенное для преобразования частоты управляющего сигнала (TCF).
Первая модель предназначена для регулировки выходного напряжения в соответствии с работой нагрузки и для преобразования переменного напряжения в постоянное и наоборот. Для этого используются электронные схемы, которые выпрямляют переменный ток, поступающий на вход, или преобразуют напряжение постоянного тока в серию импульсов и затем преобразуют его в синусоидальную волну.
Уведомление! В первом случае и во всех остальных случаях для получения желаемых результатов удобнее всего использовать быстродействующие переключающие элементы – тиристоры.
Внешний вид тиристора
На этих же электронных устройствах работают и тиристорные преобразователи частоты.
Схема преобразования сигнала с использованием специально разработанного преобразователя частоты (TCC) используется для плавного регулирования скорости двигателя. Если у вас есть преобразователь частоты, вы можете получить максимальную производительность в режимах запуска и работы.
Особенности тиристорного управления
В отличие от транзисторных компонентов, тиристоры не являются полностью независимыми электронными устройствами и требуют стороннего управления. Для открытия их в проводящем направлении необходимо внешнее воздействие в виде импульса тока между катодом и управляющим выводом устройства.
Важно! Если требуется обратное действие (запирание), недостаточно просто прекратить подачу управляющих импульсов. Для этого нужно резко уменьшить величину протекающего через него тока, либо изменить полярность приложенного анодно-катодного напряжения.
Исключением является так называемый «запертый тиристор», который закрывается путем подачи на его управляющий электрод импульса нужной полярности.
При наличии таких компонентов гораздо проще изготовить преобразователи напряжения на тиристорах, так как в этом случае сокращается количество необходимых деталей.
Дополнительная информация. Иногда в схемах преобразователей (особенно ТРВ) для блокировки триодных устройств в нагрузке устанавливают реактивные дискретные компоненты, такие как конденсаторы и дроссели.
Благодаря реактивному характеру его работы ранее накопленная в нем электрическая энергия используется для запирания уже открытого тиристора.
Кроме того, для подавления паразитных колебаний, вызванных быстродействующим переключением тиристора, параллельно включается и специальная демпфирующая цепь на основе RC-элементов.
Схемные решения преобразователей на основе тиристоров
Среди различных схемотехнических решений, связанных с конструкцией тиристорных преобразователей напряжения, тока и частоты (ТПЧ), выделяются следующие варианты:
- Последовательные и параллельные инверторы тока;
- Комбинированный инвертор тока;
- преобразователи напряжения Мак-Мюррея;
- Мостовая (резонансная) схема.
Рассмотрим каждый из указанных способов устройства преобразователя на тиристоре более подробно.
Читайте также статью: Как выбрать вешалки
Последовательный и параллельный инверторы тока
Выходной преобразователь этого типа содержит отдельный конденсатор, включенный последовательно с цепью нагрузки (см рисунок ниже).
Последовательный инвертор тока
Дроссель в линии питания выполняет фильтрующую функцию: с его помощью частично сглаживаются импульсы тока, возникающие при переключении тиристоров.
На начальном этапе (при включении питания) переключающие элементы VS2 и VSЗ находятся в открытом состоянии, а тиристоры VS1 и VS4, наоборот, в закрытом состоянии. Ток, протекающий через последовательную цепь, заряжает выходной конденсатор до возможного уровня.
Когда управляющие электроды ВС1 и ВС4 получают импульс тока от внешнего источника, они включаются и остаются в этом состоянии вместе с двумя другими электродами.
Поскольку они отключены, ранее заряженный конденсатор С1 может разрядиться током, знак которого противоположен току, протекающему через элементы VS2 и VSЗ. Когда значение тока через тиристоры VS2 и VS3 приблизится к нулю, эти коммутационные устройства закроются.
Ток будет течь по другой цепи, поэтому напряжение на выходном конденсаторе изменит свою полярность. При подаче управляющих импульсов на входы VS2 и VSЗ наблюдается та же ситуация, только в обратном порядке.
В результате под воздействием таких импульсов на выходе постоянного входного тока формируется синусоидальное колебание с необходимыми параметрами.
Уведомление! При изменении частоты управляющих импульсов изменяется амплитуда и частота получаемой на выходе синусоидальной волны. Следовательно, эту схему можно использовать как узел задания частоты в ТПЧ.
Все электрические процессы, происходящие в параллельном преобразователе, практически идентичны процессам в описанной ранее последовательной конфигурации. Разница лишь в том, что выходной конденсатор включен не последовательно, а параллельно нагрузке.
Комбинированные схемы
Видео: тиристорный преобразователь
Параллельные или последовательные схемы инверторов тока характеризуются тем, что содержат элементы для обоих типов подключения нагрузки. Таким образом, они сочетают преимущества одного способа подключения с преимуществами другого (см изображение ниже).
Комбинированный инвертор
Работа этого решения основана на тех же принципах, которые уже обсуждались для предыдущих технических решений. Комбинация зарядных и разрядных конденсаторов существенно улучшает рабочие параметры схемы и обеспечивает стабильность нагрузочных характеристик.
В отличие от других устройств преобразования импульсов, этот тип устройств может работать без активной нагрузки.
Преобразователь напряжения Мак-Муррея
Особенностью устройств этого типа является независимая LC-цепь, обеспечивающая запирание основного рабочего тиристора. Для этого в соответствующий момент его элементы L и С объединяются путем включения цепи, созданной дополнительными тиристорами. Электрическая схема этого оригинального оборудования показана ниже.
наиболее подробное его описание можно найти в следующем источнике: http://meandr.org/archives/25356. Комментарии, размещенные по этому адресу, описывают все ранее перечисленные типы преобразователей. Основное внимание уделяется мостовым схемам, которые требуют особого внимания.
Схема последовательного резонансного инвертора
Последовательный резонансный инвертор, показанный на рисунке ниже, имеет одно преимущество перед схемой, описанной ранее. Последнее заключается в его пригодности для работы на высоких частотах переключения, что объясняется меньшими потерями в резонансном контуре.
Общий вид полумостового резонансного контура
Рассматривая данную схему, можно отметить, что компоненты С1 и С2 представляют собой делители напряжения емкостного типа. Вместе с индуктивностью полуобмоток (I и P) катушки L1 они образуют колебательный контур управления частотой повторения импульсов для создания резонанса.
Дополнительная информация. При наличии небольших различий в указанных параметрах, что характерно для реальных (реальных) цепей, правильнее было бы назвать их квазирезонансными.
В случае такой схемы с очень низкой добротностью устройство не будет работать из-за отсутствия резонанса. Если значение этого показателя велико, на квазирезонансный контур (его первичную обмотку) и тиристор будут действовать чрезмерные напряжения. Последняя ситуация также может усложнить работу схемы.
Обычно добротность таких схем выбирают в пределах от 1 до 4, а номиналы конденсаторов С1 и С2 выбирают как можно более равными. Благодаря их схожести ток, протекающий через первичную обмотку TV1, в два раза превышает величину тока в каждом конденсаторе.
При этом частота тока нагрузки определяется параметрами основных компонентов самого колебательного контура. Что касается формы импульса выходного тока, проходящего в течение каждого полупериода, то он действительно ничем не отличается от синусоидальной кривой (точнее, ее половины). В конце каждого рабочего полупериода амплитуда импульса тока уменьшается до нуля и тиристор VS1 закрывается.
Уведомление! В ходе описанного выше процесса работы схемы, когда ток, протекающий через тиристор, равен нулю, тиристор переходит в состояние отключения.
В заключение обзора отметим, что существуют условия, при которых необходимо учитывать каждый тиристорный метод преобразования энергии, когда необходимо управлять весьма специфическими электромеханическими устройствами. Если необходимо выбрать наиболее подходящий для конкретной ситуации вариант, следует детально рассмотреть все его преимущества и недостатки.
Читайте также статью: Какое покрытие для чаши бассейна выбрать
