тиристорный преобразователь что такое

Тиристорный преобразователь постоянного тока

Для выравнивания переменного тока в постоянный требуется использование специальных устройств. Тиристорный преобразователь частоты для индукционного нагрева применяется в различных областях промышленности для регулирования напряжения и прочих параметров электрической энергии.

Принцип работы и конструкция

Для преобразования нагрузки может использоваться тиристорный или транзисторный высоковольтный преобразователь на базе IGBT. Тиристорный частотный преобразователь (ТП, ТПР или ТПЧ) – это электрическое устройство для преобразования переменного тока в постоянный, регулирования его уровня и прочих характеристик. С его помощью можно уравнивать различные параметры электрических редукторов: скорость вращения в момент пуска, угол и прочие.

Фото — тиристорный уравнитель

Тиристорный преобразователь применяется для двигателя постоянного тока (ДПТ) вместе с системой автоматического регулирования (FR A700 в Mitsubishi Electric, Siemens Simoreg DC Master, Omron Yaskawa). Он имеет очень широкую область применения благодаря своим достоинствам:

Но у такой системы есть определенные недостатки. В первую очередь – это низкий коэффициент мощности, который проявляется при глубоком регулировании производственных процессов. Компенсировать его можно при помощи дополнительных устройств. Кроме этого, мощный преобразователь вызывает помехи в электрической сети, что сказывается на работе чувствительного электро- и радиооборудования.

Большинство современных преобразователей подключаются к трансформатору через реактор. Трансформатор в этой схеме является согласующим звеном между входящим и выходным напряжением, он уравновешивает разницу между ними. Помимо него, электросхема также включает в себя специальный сглаживающий реактор. Этот прибор необходим для нейтрализации определенных пульсаций, возникающих при выпрямлении и изменении типа тока. Но система не всегда включает в себя реактор, т. к. при достаточной индуктивности асинхронного двигателя в нем нет необходимости.

Агрегат пропускает через автономный инвертор (расположенный во входящем звене) первичную нагрузку. Они попадают в выпрямляющие блоки, установленные в выходном звене. Для подключения других индукционных потребителей используются специальные шины, которые помогают выравнивать питание в целой группе устройств.

Такой преобразователь бывает низкочастотный и высокочастотный. В зависимости от потребных частот и имеющихся параметров электричества подбирается нужная модель. Нужно отметить, что в станках, где используется трехфазный ток, применяется другой тип подключения. Однофазный переносит воздействия и преобразования, в то время как на преобразовании трехфазного тока теряется КПД.

Фото — преобразовательный пункт

Система используется в плавке металлов, сварочных работах, контроле кранового механизма и многих других производственных и технологических процессах. Применение такого принципа работы позволяет реализовать систему генератор-двигатель без использования генератора. Благодаря этому производится широкая регулировка частот вращения шпинделя даже на самых малых скоростях, настраиваются механические и другие характеристики электропривода и прочие параметры.

Разработка

Электрическая схема тиристорный преобразователь-двигатель (к примеру, КТЭ) для плавного переключения может быть двух видов:

В зависимости от типа исполнения варьируются соотношения расчетных единиц и принципы работы преобразователя.

Фото — нулевая схема трехфазного преобразования

На этом чертеже схематически показано изменение электрической энергии при работе тиристорного преобразователя в режиме выпрямителя и инвертора. В то же время, для мостовой схемы можно сделать такую же диаграмму, но только состоящую из двух нулевых. Именно она наиболее часто используется при проектировании преобразователя для станочного оборудования. Это происходит из-за того, что исходное фазовое напряжение в ней в два раза превышает фазовой напряжение (Udo) в нулевой схеме работы.

Фото — питание

Однофазная схема используется для контроля питания и работы привода машин с высоким индуктивным сопротивлением. Она работает в пределах мощности от 10 кВт до 20, намного реже – при больших мощностях. К примеру, подойдет для электрической печи, домашнего станка.

Фото — однолинейная схема

Трехфазная используется для оборудования, где требуется от 20 кВт для работы. К примеру, для синхронных приводов, двигателя крана и экскаватора. Еще одной популярной многофазной схемой контроля является шестифазная (Кемрон). Её проект предусматривает использование в конструкции уравнительного реактора, который направлен на контроль низкого напряжения и высокого тока. Этот силовой электрический прибор пропускает и преобразовывает электрическую энергию параллельным путем, а не последовательным (как большая часть аналогичных устройств). Его более сложно разработать своими руками, но степень надежности и эффективности значительно больше, нежели у однофазного тиристорного преобразователя. Но такой реверсивный контроллер имеет серьезный недостаток – его КПД менее 70 %.

Своими руками можно сделать собственный преобразователь, но многое зависит от используемой базы. Внизу дана схема, разработанная на основе Micro-Cap 9. Главной особенностью этой модели является необходимость в совместном моделировании различных узлов.

Фото — Схема тиристорного уравнителя

Видео: как работают тиристорные преобразователи

Техническое описание и обзор цен

Характеристики тиристорных преобразователей зависят от типа их исполнения и функциональных особенностей.

ЭПУ-1-1-3447Е УХЛ4 (производитель заявляет, что этот преобразователь может работать в сложных условиях, повышенной пыльности и влажности):

Но тиристорные преобразователи продаются не только по одной единице, но и в виде выпрямляющих комплексов (КТЭУ). Если единичный уравнитель при поломке нуждается в полном ремонте или демонтаже, то у комплекса производится замена вышедшего из строя оборудования. Такие системы используются как в приводах станков, так и в ЭКТ (комплектных тиристорных электроприводах).

Рассмотрим, какова цена тиристорного преобразователя ABB DCS400:

Купить устройство можно в любом магазине электрических товаров, прайс-лист зависит от характеристик и типа исполнения.

Источник

Тиристорный преобразователь частоты и принцип его работы

Преобразователи частоты в схемах подключения двигателя пользуются большой популярностью и спросом, поскольку позволяют строить стабильные и управляемые системы, которые без таких электронных схем спроектировать и внедрить затруднительно. К таким специфическим применениям, связанным с работой синхронных и асинхронных двигателей, относят:

Это достаточно сложная задача, учитывая, что мощные электродвигатели, особенно двигатели трехфазного тока, работают при достаточно высоких напряжениях, мощностях и, соответственно, большой силе тока. Поэтому первые регуляторы частоты были созданы на основе тиристоров, которые появились значительно раньше мощных IGBT-транзисторов. Cхемотехника тиристорных регуляторов частоты вращения электромотора достаточно проста и может быть реализована даже без применения сложных контроллеров, интегральных микросхем и микропроцессоров.

В первых разработках частотных преобразователей на тиристорах использовались временные цепи с регулировкой, построенной на базе конденсаторов и резисторов, которые задают собственную частоту колебаний системы.

Особенности тиристоров

При определенном подборе RC-цепочки возможно создание простого генератора на основе тиристора, который питается от постоянного тока. Эти особенности и стали основой различных схемотехнических решений, которые позволяют получать от сети 220 В и 50 Гц переменный электрический ток, частота которого может изменяться практически от 0 и значительно превышать частоту питающей сети. Более сложные решения позволяют получать от однофазной сети напряжение для питания трехфазных двигателей, а также управлять работой трехфазных моторов, подключенных через такой преобразователь к трехфазной сети.

Необходимо отметить, что несмотря на достаточно старый тип подобных систем управления частотой вращения двигателя, тиристорные преобразователи частоты до сих пор широко применяются, особенно для управления мощной нагрузкой в десятки киловатт. При этом их схемотехническое решение, как правило, значительно дешевле современных систем управления на базе транзисторов с микропроцессорным управлением. Впрочем, современные тиристорные преобразователи частоты также имеют сложное электронное управление, которое обеспечивает:

Тем не менее, несмотря на простоту решений схемотехники на тиристорах, преобразователи на их основе имеют ряд недостатков, постепенно вытесняющих их из промышленного использования. К ним относят:

Кроме того, ТПЧ должен быть оборудован хорошо отлаженной схемой управления, поскольку тиристор, в отличие от транзистора, открывается полностью при достижении на управляющем электроде заданного значения напряжения. Как правило, в тиристорных схемах устройств управления частотой используется несколько тиристоров, и синхронность их работы должна быть настроена точно и согласованно, поскольку только в этом случае можно добиться высокого КПД преобразователя и максимальной точности управления нагрузкой.

Рассмотрим особенности нескольких типовых схем работы тиристорных преобразователей частоты.

ТПЧ с непосредственной гальванической связью с сетью питания

Это решение можно назвать одним из наиболее простых в плане реализации принципа управления электродвигателем. Такая схема позволяет генерировать на выходе питающие напряжения с заданной частотой и фазой. Необходимо подчеркнуть, что частота выходного сигнала не может превышать частоту питающего напряжения, поэтому такие системы применяют, в основном, для мощных низкооборотных двигателей.

Схемотехническое решение включает в себя комбинацию тиристорных электронных ключей, которые могут быть:

Все эти соединения используются в одном ТПЧ с гальванической связью и обеспечивают формирование выходного синусоидального сигнала из фрагментов входного синусоидального сигнала. Эти фрагменты формируются таким образом, чтобы получить сигнал на выходе с требуемой частотой и фазой.

Однако такое внешне простое схемотехническое решением обладает рядом недостатков, к которым можно отнести:

Вместе с тем, у такого решения есть и преимущества, благодаря которым оно до сих пор используется для управления электромоторами, работающими на невысоких оборотах и в режиме значительной нагрузки. Среди преимуществ этого решения можно назвать:

ТПЧ с выпрямителем и инвертором

Если на выходе преобразователя частоты требуется получить ее значение, которое превышает частоту питающей сети и номинальную частоту работы двигателя, приходится использовать более сложные схемы с выпрямителем и генератором частоты. Схемотехническое решение такого устройства на тиристорах включает следующие ключевые блоки:

По особенностям схемотехники ТПЧ, построенного по такой схеме, различают преобразователи с инвертором тока и инвертором напряжения, область применения которых может отличаться. Инвертор тока характеризуется обеспечением на нагрузке постоянной амплитуды силы тока. При использовании дополнительных схемотехнических решений можно обеспечить возможность рекуперации электроэнергии, что важно при использовании оборудования в системах с частой остановкой и пуском электродвигателя или при необходимости его реверсивной работы.

Преобразователи, построенные по схеме инвертора напряжения, обеспечивают постоянное напряжение на выходе, причем его величина не изменяется при увеличении силы тока, естественно в рамках паспортных характеристик ТПЧ.

К преимуществам таких ТПЧ с двойным преобразованием принято относить:

Есть у этой технологии и недостатки, среди которых:

На сегодняшний день ТПЧ с двойным преобразованием является одним из самых популярных и доступных решений и успешно конкурирует с частотными преобразователями на транзисторах.

Также необходимо отметить, что тиристорные системы регулировки частоты вращения электромоторов используются не только на низковольтных схемах питания до 1000 Вольт, но и на высоковольтных, которые могут работать при питающем напряжении до 6 киловольт и выше. Транзисторных аналогов для решения таких производственных задач на сегодняшний день не существует.

Подводя итог, можно сказать, что несмотря на достаточно устаревший тип таких преобразователей и худшие параметры управляемости и качества выходного сигнала по сравнению с транзисторными и преобразователями частоты, ТПЧ всё еще используются, особенно там, где нет необходимости поддерживать высокоточный режим работы электромотора и нужно:

Наша компания “IES-drives” предлагает широкий ассортимент оборудования для управления электродвигателями и системами на их основе. Мы предлагаем частотники разных производителей и серий, как универсальные, так и специализированные, в том числе и на тиристорной элементной базе.

Кроме частотных преобразователей мы также предлагаем услуги по подбору оборудования, разработке промышленных систем на его основе, их наладки, обслуживанию и ремонту.

Если вам требуется подобрать оптимальный вариант частотников для решения конкретной производственной задачи, вы всегда можете обратиться за помощью к специалистам нашей компании.

Источник

Тиристорный преобразователь частоты (ТПЧ)

В качестве элементной базы для устройств частотного управления электродвигателями используются силовые тиристоры и транзисторы. Несмотря высокое быстродействие и другие преимущества транзисторных ключей, тиристорные преобразователи частоты продолжают применяться и развиваться сейчас.

Сфера применения частотников на тиристорах – мощные электроприводы с высокими требованиями к перегрузочной способности. Благодаря способности выдерживать ток на порядок выше номинального значения, устройства широко используются в приводах механизмов на напряжение более 1000 В, в грузоподъемных машинах, высокоинерционном промышленном оборудовании.

Преобразователи частоты с непосредственной связью

ПЧ с непосредственной связью с питающей электросетью или циклоконверторы преобразуют напряжение частотой 50 Гц в переменное напряжение с регулируемой фазой и частотой. Электронные ключи таких устройств – управляемые и неуправляемые тиристоры, включенные по встречно-параллельным, мостовым, перекрестным и нулевым схемам.

Частота напряжения, поступающего на обмотки двигателя, изменяется путем циклического отпирания и запирания электронных ключей.

Элементная база тиристорных частотников стоит значительно дешевле силовых быстродействующих транзисторов. Преобразователи частоты такого типа:

Мощность преобразователей с непосредственной связью практически не ограничена. Такие электроприводы можно легко модернизировать путем подключения дополнительных тиристорных модулей.

Устройства такого типа также имеют недостатки:

Относительная сложность схемы управления. Связь входной и выходной частоты определяется выражением f_(1 )=(m_n×f_2)/(2(n-1)+m_n ); где mn – пульсность напряжения, n – число участков синусоид в полуволне выходного напряжения, f_(1 )и f_(2 )– частоты на входе и выходе. Таким образом, для создания крутящего момента и сдвига фаз на 1200 относительно друг друга необходимо обеспечить строгую временную последовательность отпирания и запирания тиристоров.

Так, основная сфера применения преобразователей частоты с гальванической связью с электросетью – низкоскоростные приводы мощного оборудования, а также двигатели механизмов, работающих с частыми остановками, перезапусками и реверсами.

Тиристорные преобразователи частоты с звеном постоянного тока

При необходимости регулирования скорости вращения вала выше номинальной частоты, а также при высоких требованиях к отсутствию паразитных гармоник, применяются частотные преобразователи на базе инвертора тока или инвертора напряжения.

Такие ПЧ дважды преобразуют напряжение: переменное напряжение сети выпрямляется, сглаживается и преобразуется обратно в переменное другой частоты.

Различают 2 схемы двойного преобразования: инвестор тока или напряжения.

В цепь первых включен дроссель с большой индуктивностью. На выходе преобразователя частоты поддерживается постоянная амплитуда тока, независимая от нагрузки.

Преобразователи частоты такого типа могут рекуперировать электроэнергию обратно в сеть в режиме электродинамического торможения, сфера их применения – оборудование и механизмы, работающие с частыми отключениями, реверсами и стартами.

В цепь преобразователя частоты, построенного по схеме инвертора напряжения, включен индуктивно-емкостной фильтр. Величина выходного напряжения таких устройств не зависит от тока, потребляемого электродвигателем.

Главное достоинство частотников – форма напряжения «чистый синус». Такое электрооборудование обеспечивают устойчивую работу привода во всем диапазоне регулирования скоростей.

Таким образом, ПЧ двойного преобразования:

К недостаткам частотников на базе схемы двойного преобразования относятся: невозможность работы инвертора тока на групповую нагрузку, зависимость искусственной коммутации от cosϕ и уровня нагрузки электродвигателя, значительная стоимость конденсатора или дросселя, снижение к.п.д. при двукратном преобразовании. Инверторы напряжения без дополнительных цепей также не обеспечивают возврат электроэнергии в сеть.

Принцип действия и схема тиристорного преобразователя для высоковольтных двигателей с фазным ротором.

Рассмотрим конструкцию тиристорного преобразователя частоты на базе каскадной схемы инвертора тока.

Силовой блок преобразователя состоит из 2 трехфазных управляемых мостов. Один из них подключен к сети через разделительный трансформатор. Второй включен в цепь обмоток ротора электродвигателя.

Такая схема обеспечивает обмен активной и реактивной мощностью между обмотками ротора и сетью электропитания, замедление двигателя в генераторном режиме с отдачей электричества в сеть.

Изменение угловой скорости вала достигается регулировкой частоты тока в цепи обмоток ротора двумя мостами на базе управляемых тиристоров, последовательно включенными между ротором и электросетью.

Изменение скорости возможно только в меньшую сторону, диапазон угловой частоты вала – от 0 до номинального. Частота тока регулируется уменьшением или увеличением углов отпирания и запирания управляемых полупроводниковых элементов. При регулировке роторный мост работает как выпрямитель, сетевой – как инвертор, возвращая активную мощность в сеть. При переводе привода в режим торможения, управляющие сигналы меняют фазу. Ток меняет направление и начинает протекать в цепи обмоток ротора, вызывая рекуперативное торможение. В таком режиме мост, подключенный к сети, работает как выпрямитель, роторный – в режиме инвертора. Рекуперация электроэнергии снижает ее расходы и уменьшает время торможения.

При проектировании привода с каскадными тиристорными преобразователями, следует учесть перегрузочную способность частотника в режиме торможения.

При электродинамическом торможении мост в роторной цепи должен работать с высокой коммутационной устойчивостью. В момент перевода в тормозной режим при высокой частоте вала двигателя ЭДС ротора имеет небольшого значение, угол коммутации тиристоров возрастает особенно при снижении напряжения сети. Коммутационная устойчивость моста снижается. Повысить устойчивость можно только путем ограничения тока ротора, что приводит к увеличению времени торможения и снижению тормозного момента. Таким образом, ограниченную перегрузочную способность при рекуперативном торможении необходимо учитывать при выборе типа частотника для приводов ответственных механизмов.

При работе оборудования с изменяющейся нагрузкой на валу, требуется предусмотреть увеличение напряжения и уменьшение тока цепи сетевого моста. Это предотвратит срыв инвертора и позволит развить динамический момент на валу электродвигателя до 200% от номинального.

Каскадный тиристорный выпрямитель может работать на групповую нагрузку. Для многодвигательных приводов предусмотрено выравнивание тока и момента при старте двигателей и работе после разгона вала до заданной скорости.

Таким образом, тиристорные преобразователи частоты на базе каскадной схемы обеспечивают:

К недостаткам преобразователей относятся ограниченная коммутационная устойчивость мостов в динамическом режиме и при торможении, искажение формы напряжения сети (полная мощность при максимальной скорости в 1,5 раза больше номинальной). Недостатки тиристорных преобразователей устраняются установкой фильтров паразитных гармоник и коррекцией выходной мощности.

Заключение

В отдельных случаях тиристорные преобразователи не уступают частотникам на базе транзисторов IGBT. Главные их достоинства: относительно низкая стоимость и способность выдерживать ток, значительно превышающий номинальный. Применение преобразователей на управляемых и неуправляемых тиристорах ограничивает только быстродействие полупроводниковых элементов. Выбор частотника делается исходя из требований к электроприводу, технической и экономической эффективности того или иного устройства.

Преобразователи частоты на IGBT-транзисторах используют преимущественно в двигателях на напряжение до 660 В, высокоточных и полеорентированных приводах.

Тиристорные ПЧ устанавливают в схемах управления грузоподъемного оборудования, механизмов, работающих в повторно-кратковременных режимах и двигателях с динамической нагрузкой, а также в схемах управления высоковольтными электрическими машинами.

Источник

Тиристорные преобразователи — полное описание функций и область применения

Главное предназначение тиристорного преобразователя организовать управляемое питание электродвигателя от сети однофазного трехфазного переменного тока.

Установка полупроводниковых элементов осуществляется на одной фазе или на трехфазном мосте.

Существует несколько вариантов комплектования моста – это: комбинация триодов или диодов, или исключительно из тиристоров. При создании моста только из тиристоров достигается получение преобразовательного устройства небольших компактных размеров.

Рис.№1. Мостовая схема постоянного тока для электродвигателя постоянного тока.

Тип тиристорных регуляторов приспособлен к осуществлению различных решений для совместного применения с двигателями постоянного тока, имеющими независимое возбуждение, кроме электродвигателей с постоянными магнитами, для которых не нужна отдельная цепь для возбуждения. В сочетании с реверсом электродвигателей они входят в группу устройств управления электродвигателями. Для двигателей постоянного тока использование тиристорных преобразователей сопряжено с рядом некоторых трудностей – это постоянное техническое обслуживание, заключаемое в периодической замене графитовых щеток и достижение высоких скоростей работы.

Использование преобразователей для двигателей, работающих от сети переменного тока, в частности, асинхронные двигатели представляется более надежным и рентабельным вариантом, чем использование двигателей постоянного тока.

Асинхронный двигатель обладает лучшей защитой от внешних воздействий и неблагоприятных погодных условий, преобладающее большинство двигателей обладает высокой степенью защиты IP55.

Система управления тиристорным преобразователем

Для осуществления точностных и динамических характеристик, свойственных для оборудования, необходимо решение, которое позволит реализовать операции по управлению тиристорным преобразователем в полной мере. Это двухуровневая система управления.

Первый уровень – это программно-аппаратный способ. Он подразумевает использование специализируемого контроллера, второй относится к информационным уровням.

Тиристорный преобразователь для плавного пуска высоковольтных асинхронных двигателей

ТПН (тиристорный преобразователь напряжения) успешно применяется для низковольтных до 1000 кВ двигателей и для высоковольтных электрических машин с напряжением от 3,6 до 10 кВ. Широкое распространение таких машин является следствием их энергоемкости. Их мощность соразмерна с мощностью некоторых трансформаторных подстанций, поэтому устройства плавного пуска с использованием тиристоров весьма важное решение.

Рис. №2. Функциональная схема ПАД-В

Создание тиристорных преобразователей реализуется на базе концепции, главные аспекты которой – это:

Рис. №3. Высоковольтный тиристорный модуль ВТМ.

Модуль состоит из двух встречно-параллельных тиристоров, оборудованных охладителями, выравнивающими резистором R2, оптоуправляемыми моделями, формирователями тиристорных импульсов (ФИ). Дополнят конструкцию: датчики напряжения, температуры и синхронизации с оптическим выходом.

Основные схемы тиристорных преобразователей

Главные схемы преобразователей на тиристорах – это: встречно-параллельная и перекрестная схема. Первая схема питается от общей обмотки трансформатора, перекрестная схема подразумевает питание каждой группы тиристоров от отдельной обмотки трансформатора. Существует раздельное управление, управляющие импульсы приходят только на работающую группу тиристоров, тиристоры с противоположной полярностью оказываются запертыми. Одновременная работа вентильных групп недопустима.

Для предотвращения неисправностей и аварийных ситуаций запрещено:

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Источник