Тиристорные пускатели с фазовым управлением
Фазовое управление тиристорными ключами, работающими на переменном токе, применяют в пускателях мягкого пуска (soft-starter). «Мягкий» пускатель может быть реализован в соответствии с функциональной схемой, приведенной на рис. 5.13. Система импульсного управления в этом случае должна обладать возможностью смещать импульсы тока управления каждым тиристором относительно моментов времени естественного отпирания тиристора. Смещение импульсов приводит к изменению действующего значения напряжения, подводимого к двигателю. Таким образом, появляется возможность регулирования величины энергии, передаваемой двигателю по электрической цепи за период переменного напряжения, создаваемого источником электрической энергии.
Работу тиристорного ключа при фазовом управлении рассмотрим на примере однофазного регулятора мощности, схема которого представлена на рис. 5.14а.
Тиристорный ключ {VS1, VS2} включен в электрическую цепь с нагрузкой ZН. К цепи приложено переменное напряжение u=Umsinωt, показанное на верхнем графике рис. 5.14б в зависимости от фазового угла ωt (ω - угловая частота, t -время). Система импульсно-фазового управления (СИФУ) отслеживает моменты времени перехода напряжения через ноль и формирует импульсы токов iу1, iу2 управления тиристорами, смещая импульсы относительно этих моментов (естественного отпирания тиристоров) на некоторый интервал, представляемый через угол управленияα. Величина α задается сигналом uα, подаваемым на вход СИФУ.
| ~ u |
| а) |
| б) |
| Рис. 5.14. Схема фазового управления тиристорами (а) и упрощенные диаграммы работы схемыc активной нагрузкой ZН=RН (б) |
| СИФУ |
| ZН |
| VS1VS2 |
| uα |
| ωt ωt ωt ωt |
| u=Um sin ωt αα iy1 iy2 iН |
Диаграммы, приведенные на рис. 5.14б, отражают процессы регулирования токаiНв нагрузке ZНсиловой цепи. Они соответствуют случаю, когда нагрузка силовой цепи активная: ZН=RН. Тиристор VS1 и тиристор VS2 открываются поочередно импульсами токовуправления(iу1,iу2), поступающими на управляющие электроды тиристоров, когда на тиристорепадает прямое напряжение. По цепи и активной нагрузке протекает прерывистый ток iН, и нагрузке RH передается мощность
,
где UH - падение напряжения на нагрузке RH:
,
U - действующее значение напряжения uсиловой цепи(α - угол управления тиристором).
Когда нагрузка силовой цепи активно-индуктивная, индуктивность препятствует резким изменениям тока iН в цепи и затягивает длительность протекания тока через тиристор. При сдвиге фаз между напряжением и током в силовой цепи, равном φ, возможность регулирования передачи мощности нагрузке сохраняется только, когда α>φ. Еслиα<φ, может произойти либо срыв процесса, когда тока в силовой цепи не будет (тиристоры перестанут открываться) при малой длительности τи импульсов токов iу1, iу2 управления (ωτи<φ-α), либо нагрузка окажется накоротко подключенной к сети (бестоковых пауз у iН не будет), если длительность τи импульсовтоков iу1, iу2управления тиристорами большая (ωτи>φ-α). В таком случае тиристоры становятся неуправляемыми. Область α<φ не может быть использована для регулирования напряжения UH.
При выполнении условия α>φ на нагрузке падает напряжение с действующим значением
,
где λ - угол, характеризующий длительность τVS протекания тока iН через тиристор за один полупериод:λ=ω.τVS.
В пускателе мягкого пуска СИФУ формирует импульсы управления тиристорами, сдвигая по сигналу uαмоменты времени подачи импульсов на управляющий электрод каждого тиристора на величину α/ωотносительно момента времени естественного отпирания тиристора. Величина входного для СИФУ сигналаuα(электрического напряжения) изменяется при пуске электродвигателя определенным образом, например, линейно во времени с помощью электронного устройства –задатчика интенсивности. СИФУ и задатчик интенсивности входят в состав системы импульсного управления (см. рис. 5.13) пускателя мягкого пуска.