А втоматика элементтері мен құрылғылары

2. Басқарылатын Жартылай өткізгішті Түрлендіргіштер

2.1. Басқарылатын түзеткіштер

Қазіргі заманғы автоматты басқару жүйелерінде жартылай өткізгішті түрлендіргіштер: басқарылатын түзеткіштер, инверторлар, жиілік түрлендіргіштері кеңінен қолданылады. Басқарылатын түзеткіштер көп жағдайда тұрақты ток қозғалтқыштарын басқару үшін қолданылады. Ток көзі ретінде айнымалы ток торабы қарастырылады. Басқару принципі келесідей: айнымалы токтың оң жарты периодында вентиль ашылады да, қозғалтқыштың якорына кернеу беріледі. Түрлендіргіштің шығысындағы ток пен кернеу тұрақты және айнымалы құраушылардан құралады. Қозғалтқыштың жұмыс режимдерін талдау үшін осы шамалардың тұрақты құраушысын анықтау қажет, ол торап кернеуінің период ішінде өзгеруіне сәйкес келетін осы шамалардың орташа мәні болып табылады.

Вентильдің ашылу уақытын (фазасын) өзгертіп, яғни якорға берілетін кернеудің орташа мәнін өзгерте отырып қозғалтқышты басқарамыз.

Вентиль ретінде ашылу уақытын өзгертуге болатын вентилдер – тиристорлар қолданылады. Басқарылатын түзеткіштердің бірнеше түрі бар, жұмыс жасау принципі мен құрылысына байланысты оларды екі топқа бөлуге болады: бір жарты периодтты (нөлдік сымы бар сызбанұсқалар), мұндай сызбанұсқаларда айнымалы кернеудің бір жарты периоды ғана қолданылады; екі жарты периодты (көпірлік сызбанұсқалар), бұл сызбанұсқаларда айнымалы кернеудің екі жарты пероиодтары да қолданылады.

Қарапайым бір жатры периодты сызбанұсқаның жұмыс жасау принципін 2.1-суреттен көруге болады. Амплитудасы синусойдалы айнымалы кернеу көзіне жүктеме R және басқарушы электродқа басқару жүйесінен берілетін ашу бұрышына тең уақытта ашылатын Т тиристор жалғанған.

аралығында жүктемеге мына теңдікпен анықталатын кернеу беріледі:

Жүктеме активті сипатта болғандықтан, токтың қисығы (2.1 в -сурет) кернеудің қисығын (2.1 б -сурет) қайталайды, уақытында ток нөлге дейін төмендейді де, тиристор жабылады және бұл үдеріс әрбір оң жарты период сайын қайталанады (теріс жарты период кезінде тиристор ток көзі кернеуі әсерінен жабық болады).

Тиристорды оның қосылу уақытынан сәл ғана ұзақ импульстармен басқарған тиімді. Тиристордың қосылу уақыты дегеніміз - оның жабық күйден ашылғанға дейінгі уақыт аралығы.

Қарастырылған фазалық әдіс фаза ығыстырушы құрылғы көмегімен іске асырылуы мүмкін. Соның бір түрі - басқару кернеуін ­ тірек кернеуімен (көбінесе ара тісі тәрізді) салыстыру әдісіне негізделген «сатылас» басқару әдісі (2.1 г- сурет).

Бұл кернеулердің ілездік мәндерінің тепе-теңдігі тиристордың басқарушы электродына күшейтіліп берілетін импульс фазасын анықтайды.

Басқару импульсінің фазасын өзгерту үшін - басқарушы кернеу сигналын жоғарылату керек. Басқарудың құрылымдық сызбанұсқасы 2.1 д-суретте көрсетілген.

Ара тісі тәрізді генератор ГПН өндіретін кернеу синхрондаушы құрылғы (СУ) көмегімен ток көзі кернеуімен синхрондалып салыстыру сызбанұсқасына (СС) беріледі, бұл сызбанұсқаға сонымен қатар басқару сигналы да беріледі. Салыстыру сызбанұсқасынан шыққан сигнал импульстерді қалыптастырғыш (ФИ) құрылғыға беріледі де, одан фаза бойынша реттелетін қуатты импульс ретінде басқарушы электродқа беріледі.

(2.1) теңдеуді аралығында интегралдап жүктемедегі кернеудің период ішіндегі орта мәнін анықтаймыз:

(2.2)

(2.2) функциясы, яғни сәйкес келетін жүктемедегі кернеудің мәні U_{СР MAX} = U_М / π, ең үлкен орта мәнге қатынас ретінде 2.2 - суретте үзік сызықтармен көрсетілген.

Егер жүктеме активті-индуктивті сипатта болса, түзеткіштегі үдерістер күрделене түседі, мұндай тізбектердегі үдерістердің қалай жүретіні 2.2 - суретте көрсетілген.

2.1-сурет. Басқарылатын бір жарты периодты түзеткіштің сызбанұсқасы және кернеу қисықтары

Бұл гарфиктер екі фазалы бір жарты периодты (2.3 а -сурет) және бір фазалы көпірлік сызбанұсқаларда (2.3 б -сурет) ортақ. Тиристорларды ашу 2.1-суреттегідей трансформатордың екінші реттік кернеуінің оң жарты периодында басқарушы электродқа уақытында Т₁ тиристорына, уақытында Т₂ (2.3 а - сурет) тиристорына басқарушы импульстер беру арқылы жүргізіледі.

2.1 - суреттен айырмашылығы L индуктивтіліктің болуына байланысты ток бірден жоғарылап кетпейді және тиристорға берілетін кернеу нөл арқылы өткенде, L индуктивтілігін өздік индукцияның әсерінен ток жоғалмай қандай да бір уақыт ішінде тиристордан өте береді. Тиристор β уақытында, яғни одан өтетін ток нөлге теңескенде ғана жабылады, 2.3 - суретте үзік сызықпен L индуктивтіліктегі кернеудің төмен түсуі көрсетілген.

2.2 –сурет. Басқарылатын түзеткіш шығысындағы кернеудің басқару бұрышына тәуелділігі

Сонымен, жүктеменің индуктивті сипаты болғанда, түзетілген кернеу қисығының оң және теріс учаскелері болады, сондықтан жүктемедегі кернеудің орта мәні сызбанұсқаның екі фазалылығы ескерліп, мына түрде жазылады:

2.1, а және 2.3, а, б - суреттеріне де қатысты 2.2-суреттегі сипаттамалардан кернеудің вентильдердің ашылу бұрышына, қатынасы арқылы анықталатын жүктеме тізбегінің салыстырмалы уақыт тұрақтылығына тәуелді екенін көруге болады. Сондай-ақ 2.3-сурет үшін , яғни 2.1, а-суреттегіден екі есе жоғары екенін көруге болады.

2.3-сурет. Екі жарты пероидты көпірлік тиристорлы түрлендіргіштің сызбанұсқасы мен кернеу қисықтары

Жүктеме тізбегіндегі ток айнымалы және тұрақты құраушылар арқылы көрсетілген. Тұрақты құраушысы қозғалтқыштың айналдыру иінкүшімен анықталатын болса, айнымалы құраушысы - - бұрышынан және сызбанұсқаның кернеу пульсациясын тегістей алу мүмкіншілігіне байланысты. Ток неғұрлым үзілмелі болса, айнымалы құраушысы соғұрлым жоғары болады. Токтың бұл құраушысы жүктемедегі қосымша шығындарды жоғарылататын болғандықтан, қозғалтқышты басқару кезінде токтың үздіксіздігін қамтамасыз ету үшін якорь тізбегіне тізбектей қосымша дроссель жалғанады, яғни τ мәнін жоғарлатамыз.

Бұл кезде жүктемедегі кернеудің орташа мәні:

(2.3)

мұндағы U – трансформатордың екінші реттік орамдарындағы кернеудің әсерлік мәні.

Ескеретін жағдай - қосымша дроссельдің индуктивтілігі электромагниттік, ал активті кедергісі қозғалтқыштың электромеханикалық уақыт тұрақтылықтарын жоғарылатып жібереді, яғни электр жетегінің динамикалық қасиеттерін төмендетеді.

Тұрақты ток қозғалтқышын тиристорлы түрлендіргіштің көмегімен басқару сызбанұсқасы мен кернеу және ток қисықтары 2.4 - суретте көрсетілген.

Тұрақты ток қозғалтқыштары мен тиристорлы түрлендіргіштердің бірігіп жұмыс жасау қасиеттеріне жүргізілген зерттеулер көрсеткендей, индуктивтіліктің айтарлықтай мәні кезінде басқару бұрышын мына аралықта өзгерту тиімді .

2.4 –сурет. Тұрақты ток қозғалтқышын тиристорлар арқылы басқару сызбанұсқасы

Үш фазалы басқарылатын түзеткіштер. Фазаларға келетін жүктеменің біркелкілігін және түзетілген кернеудің пульсациясын төмендету үшін басқарылатын үш фазалы түзеткіштер қолданылады. Жүктеменің индуктивтілігі жеткілікті дәрежеде жоғары деп есептеп, яғни токтың үздіксіздігін қамтамасыз етеді деп есептеп, осындай бір сызбанұсқаның жұмыс жасау ерекшеліктерін талдап қарайық.

Вентильдер басқарылмайтын, яғни кернеудің оң жарты периодының барлық уақытында ток өткізеді деп қабылдайық. Онда тиристоры трансформатордың екінші реттік орамы кернеуінің әсерінен аралығында ашық болады (2.5 а және б-суреттер), бірақ 0-30⁰ учаскесінде жапқыш тиристоры арқылы кернеуі әсеріне жабық болады. Осындай жолмен тиристоры тиристоры арқылы кернеуі әсерімен учаскесінде де жабық болады. -тиристорының өткізгіштік интервалы 2.5, б –суретте үзік сызықтар арқылы көрсетілген.

Сонымен, тиристорлардың ашылу уақыты аралықтан басталады, сондықтан басқарушы импульстерді берудің α бұрышын осы шамадан бастаған дұрыс. Тиісінше 2.5 б - сурет болғандағы және жүктемедегі кернеудің ең үлкен мәніне сәйкес келеді:

(2.4)

Алдыңғы сызбанұсқалардағы тәрізді мәнін өзгерте отырып, кернеудің орташа мәнін басқаруға болады, (2.4) теңдікті ескере отырып, үздіксіз ток режимі үшін:

(2.5)

мұндағы - трансформатордың екінші реттік орамдарындағы кернеудің әсерлік мәнінің фазалық шамасы.

болғандағы кернеу мен ток қисықтары 2.5 в, г -суреттерде көрсетілген. 2.5, а - суреттегі сызбанұсқаның жүктемесі активті-индуктивті және болғандағы сипаттамалар 2.6- суретте көрсетілген. учаскесінде ол (2.5) теңдігіне және болғанда (2.3) теңдігінен алынған 2.2-суретте көрсетілген сипаттамамен толығымен сәйкес келеді.

2.5- сурет. Нөлдік сымы бар үш фазалы басқарылатын түзеткіштің сызбанұсқасы, кернеу және ток қисықтары

2.6 –сурет. Нөлдік сымы бар үш фазалы басқарылатын түзеткіш шығысындағы кернеудің тиристорды ашу бұрышына тәуелділігі.