6.4 Прерыватели и регуляторы постоянного и переменного тока
6.4.1 Бесконтактные коммутирующие и регулирующие полупроводниковые устройства переменного тока Общие сведения
На основе тиристоров возможно осуществлять следующие операции:
включение и отключение электрической цепи с активной и смешанной (индуктивной и емкостной) нагрузкой;
изменение тока нагрузки за счет регулирования момента подачи сигнала управления.
Наиболее широкое применение в бесконтактных электрических аппаратах получили фазовое и широтно-импульсное управление.
а) фазовое управление;
б) фазовое управление с принудительной коммутацией;
в) широтно-импульсное управление.
В первом случае среднее и действующее значения тока меняются за счет изменения момента подачи на тиристор открывающего сигнала.
Встречно-параллельное включение тиристоров:
Кривая тока в сети и в нагрузке несинусоидальная, что вызывает искажение формы напряжения сети и нарушения в работе потребителей, чувствительных к высокочастотным помехам.
Принудительная коммутация осуществляется с помощью специальных тиристоров, которые могут запираться подачей сигнала управления (полностью управляемые тиристоры).
При широтно-импульсном управлении в течение времени Tоткр на тиристоры подан открывающий сигал, они открыты и к нагрузке приложено напряжение Uн. В течение времени Tзакр управляющий сигнал снят и тиристоры закрыты. Действующее значение тока в нагрузке:
Устройства плавного пуска
Принцип действия устройств плавного пуска основан на том, что механический момент, развиваемый электродвигателем пропорционален квадрату приложенного к нему напряжения. Повышая напряжение от начального пониженного уровня (опорного напряжения) до максимального возможно плавно запустить и разогнать электродвигатель до его номинальных оборотов.
Устройства плавного пуска (УПП, устройства мягкого пуска, плавные пускатели, мягкие пускатели, софтстартеры) предназначены для плавного пуска и останова асинхронных электродвигателей.
Применение устройств плавного пуска позволяет уменьшить пусковые токи, снизить вероятность перегрева двигателя, повысить срок службы двигателя, устранить рывки в механической части привода или гидравлические удары в трубопроводах и задвижках в момент пуска и останова электродвигателей.
Частотные преобразователи
Регулирование скорости вращения асинхронного электродвигателя можно осуществлять за счет изменения частоты питающей сети. Статические преобразователи частоты являются наиболее совершенными устройствами управления асинхронным приводом в настоящее время.
Наиболее широкое применение в современных частотно регулируемых приводах находят преобразователи с явно выраженным звеном постоянного тока. В преобразователях этого класса используется двойное преобразование электрической энергии: входное синусоидальное напряжение с постоянной амплитудой и частотой выпрямляется в выпрямителе, фильтруется фильтром, сглаживается, а затем вновь преобразуется инвертором в переменное напряжение изменяемой частоты и амплитуды. Двойное преобразование энергии приводит к снижению КПД и к некоторому ухудшению массо-габаритных показателей по отношению к преобразователям с непосредственной связью.
Для формирования синусоидального переменного напряжения используют автономный инвертор, который формирует электрическое напряжение заданной формы на обмотках электродвигателя (как правило, методом широтно-импульсной модуляции). В качестве электронных ключей в инверторах применяются запираемые тиристоры GTO и их усовершенствованные модификации GCT, IGCT, SGCT, и биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT.