Схемы коммутации переменного тока и способы управления тиристорами

ПЛАН

1 Тиристорные коммутаторы – общие сведения

2 Схемы коммутации переменного тока и способы управления тиристорами

3 Регулирование напряжения с помощью тиристорных коммуаторов

Литература:

1. А.А. Чунихин Электрические аппараты, М.:Энергоатомиздат, 1998, учебник для ВУЗов. 718 с.

2. Л.А. Родштейн. Электрические аппараты, Л.:Энергоиздат, 1981, учебник для техникумов. 304 с.

3. В.М.Яшутин, О.Ю.Анисимов "Электрические аппараты СИЯиП, Учебное пособие, 200.

4. В.М.Яшутин, "Альбом рисунков к учебному пособию", "Электрические аппа­раты", СИЯиП, 1997.

г. Севастополь

20 г.

1 Тиристорные коммутаторы – общие сведения

Тиристорные коммутаторы предназначены для бесконтактной и бездуговой коммутации электрических сетей, а также осуществления контроля величины тока в силовой цепи и реализации защитных функций. Таким образом, тиристорные коммутаторы имеют сходное назначение с автоматическими выключателями по выполняемым функциям.

Основными достоинствами тиристорных коммутаторов по сравнения с автоматическими выключателями являются:

– бесконтактная и бездуговая коммутация электрической цепи;

– высокая степень быстродействия;

Основными недостатками тиристорных коммутаторов по сравнения с автоматическими выключателями являются:

– сравнительно малые номинальные токи и токи отключения;

Основными элементом тиристорного коммутатора, осуществляющим функцию коммутации электрической цепи является тиристор.

Управляемый вентиль, или тиристор, представляет собой четырехслойную полупроводниковую структуру с различными типами проводимости p-n - p-n (рисунок 1, а). Два крайних слоя p и n являются соответственно анодом А и катодом К тиристора. К внутреннему слою с проводимостью p присоединяется управляющий электрод (УЭ). Статическая вольт-амперная характеристика представлена на рисунке 1, б.

Рисунок 1 - Структура тиристора и его вольт-амперные характеристики:

структуры p-n- p-n а); вольт-амперная характеристика б)

Обратная ветвь характеристики (участок I) не отличается от обратной ветви неуправляемого вентиля. Прямая ветвь имеет два участка: участок II – тиристор закрыт, III – тиристор открыт. При отсутствии положительного сигнала на управляющем электроде прямая ветвь (участок II) аналогична обратной, так как внутренний переход n-p -структуры является встречным по отношению к прямому напряжению. В этом случае через тиристор в прямом направлении проходит небольшой ток утечки I_ут. При отсутствии управляющего сигнала, т.е. при I_у = 0, тиристор может открыться, если прямое напряжение превысит напряжение переключения U_пер. Тиристор при этом не выходит из строя. Если на управляющий электрод подать положительное относительно катода напряжение, то, благодаря току управленияI_у > 0, тиристор открывается при меньшем значении прямого напряжения, т.е. приU_пр < U_пер. При токе спрямления I_у = I_у.с напряжение переключения близко к нулю. Открытому состоянию тиристора соответствует прямая ветвь вольт-амперной характеристики неуправляемого вентиля.

Закрытие открытого тиристора осуществляется при I_у = 0 либо уменьшением прямого тока до некоторого минимального значения, называемого током удержания I_уд, либо кратковременной подачей на тиристор обратного напряжения.

С ростом температуры величины U _пер и I _обр увеличиваются, а D U_пр уменьшается.

Каждому значению анодного тока отвечает минимально необходимый ток в цепи управления. При импульсном управлении минимально необходимая амплитуда зависит от длительности импульса: чем меньше длительность, тем больше амплитуда. Это связано с величиной заряда, который надо удалить из баз тиристора через управляющую цепь. Существует предельное значение анодного тока, при котором становится уже невозможным закрыть тиристор по управляющему электроду.

Однако, тиристор установленный в разрез фазы электрической цепи не сможет выполнять функцию коммутации, т.к. при таком подключении он будет выполнять функцию однополупериодного выпрямителя, т.е. будет пропускать только положительную полуволну питающего напряжения. Что бы обеспечить протекание обоих полуволн питающего напряжения необходимо установить два тиристора подключенных встречно-параллельно по отношению друг к другу в разрез фазы, как показано на рисунке 2.

Рисунок 2 – Силовая тиристорная сборка коммутатора

При приложении первой положительной полуволны питающего напряжения (полярность напряжения указана знаками без скобок) и при условии подачи импульсов управления на управляющие электроды тиристоров будет открыт только тиристор VS1, т.к. к нему приложено прямое напряжение, одновременно с ним тиристор VS2 будет находиться в закрытом состоянии, т.к. к нему приложено обратное напряжение. В следующий момент времени, питающее напряжение меняет свой знак, т.е. прикладывается отрицательная полуволна (полярность напряжения указана знаками в скобках) и при условии подачи импульсов управления на управляющие электроды тиристоров будет открыт только тиристор VS2, т.к. к нему приложено прямое напряжение, одновременно с ним тиристор VS1 будет находиться в закрытом состоянии, т.к. к нему приложено обратное напряжение. Далее процесс повторяется. Таким образом, через тиристорную сборку будет протекать как положительная полуволна питающего напряжения, так и отрицательная полуволна.

Приведенная выше силовая тиристорная сборка является основным элементом, осуществляющим коммутацию электрической цепи.

Для управления тиристорами силовой сборки коммутатора используется подача импульсов управления высокой частоты на управляющий электрод. При подаче импульсов управления высокой частоты – 6-10 кГц существует высокая вероятность того, что импульс управления попадет в точку естественной коммутации, т.е. в момент перехода анодного напряжения через ноль, или близко к ней, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3 – Открытие тиристора импульсами управления высокой частоты

При подаче импульса управления при условии что напряжение к тиристору приложено в прямом направлении он будет открыт весь полупериод. В следующий полупериод, когда к тиристору прикладывается напряжение в обратном направлении, тиристор естественным образом закрывается, даже при наличии импульсов управления. Такой способ управления открытием тиристоров позволяет существенно упростить систему управления, избегая схем синхронизации.

Дата добавления: 2014-01-20