книги / Электропривод, электрооборудование и основы управления

между собой последовательно, а подмагничивающая обмотка охва­ тывает сразу два стержня двух сердечников. Переменные потоки в них направлены встречно, поэтому в подмагничивающей обмотке переменная ЭДС теперь не наводится. Схема стала симметричной и переменный ток тоже стал симметричным (не содержащим четных гармоник), т. е. по форме ближе к синусоидальному. Такой дроссель можно использовать как магнитный усилитель,'если последовательно с его рабочими обмотками включить нагрузку Z„.

При малом токе управления /_ насыщение сердечника мало, магнитная проницаемость велика и индуктивные сопротивления рабо­ чих обмоток значительны. Следовательно, через них и через нагрузку протекает незначительный ток. Если же увеличить ток управления, то наступит насыщение сердечника. Это вызовет снижение магнитной проницаемости, индуктивности и индуктивного сопротивления рабо­ чих обмоток. Переменный ток сразу же возрастет, т. е. по нагрузке потечет больший ток. Одновременно возрастет напряжение на на­ грузке, а напряжение на рабочих обмотках уменьшится на такую же величину, так как в сумме они должны составить сетевое напряже­ ние U ~= U n+ U р. Весь процесс удобно представить в виде логиче­ ской цепочки (рис. 2.39, б). Однако коэффициент усиления будет невелик, поэтому применяют схему с положительной обратной связью (рис. 2.40). Одна диагональ выпрямительного моста вклю­ чена последовательно с нагрузкой, а другая питает реостат R ox и обмотку обратной связи No.о Потоки обратной связи и управляющей обмотки направлены согласно. Чем больше управляющий сигнал, а следовательно, и насыщение, тем больше ток /~ и поток обратной связи. Это вызывает еще большее насыщение и больший ток, про­ текающий через рабочие обмотки и нагрузку. Таким образом, с увеличением управляющего сигнала увеличивается напряжение на нагрузке V №Реостат R o c служит для регулирования обратной связи: с увеличением R o c обратная связь ослабляется.

Существуют и другие схемы магнитных усили­ телей: с внутренней обрат­ ной связью, несколькими обмотками управления, дифференциальные и др. Их недостатки — большая масса и электромагнитная инерционность, поэтому применение магнитных уси­ лителей ограничено. Если же не требуется быстрого реагирования выходного напряжения на изменение управляющего сигнала, то они с успехом могут при­ меняться в различных схе­ мах управления.

52

Чтобы смягчить удар якоря, ставят резиновую амортизационную прокладку 2. Выводы 5 катушки устанавливают на клеммной доске 7 и закрывают крышкой б. Электромагнит крепят к подставке с помощью кронштейна 8. При снятии напряжения с катушки электро­ магнитная сила исчезает и якорь под действием силы тяжести опус­ кается вниз до упора на амортизирующую прокладку 11 и гайку 12.

На рис. 2.41, б показана конструкция трехфазного электромагнита переменного тока. Сердечник 14 и якорь 1 набирают из стальных пластин Ш-образной формы. Катушки 4 питаются трехфазным током и создают магнитный поток. В воздушном зазоре между яко­ рем и сердечником (на чертеже не показан, так как находится внутри катушки) возникает электромагнитная сила. Якорь втягивается в катушку и передает свое движение через шток 15 механизму, при­ соединенному к хвостовику 17. Для смягчения удара якоря имеется воздушный демпфер 16. Поршень демпфера поднимается вместе со штоком и создает в цилиндре 18 повышенное давление, а воздух постепенно выходит через отверстие 19. Весь электромагнит помещен в корпус 9 и закрывается крышкой б.

Следует иметь в виду, что ток, протекающий по катушкам в момент включения, очень велик, так как мало индуктивное сопро­ тивление катушек. Когда же якорь притягивается и зазор умень­ шается, сопротивление резко возрастает, а ток убывает до некоторого значения, которое считается номинальным, т. е. длительно допусти­ мым. При неполном притягивании якоря к сердечнику ток окажется повышенным, что может привести к перегреву катушки.

Г Л А В А 3

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ УСТРОЙСТВА

§ 3.1. Основные сведения о тиристорах

Тиристор — это полупроводниковый четырехслойный прибор (рис. 3.1), обладающий следующими свойствами: он способен про­ пускать ток только в одну сторону; ток протекает через него только после подачи на управляющий электрод открывающего сигнала (рис. 3.2, а); ток после снятия сигнала через тиристор продолжает протекать до тех пор, пока тиристор не закроется. Поэтому тири­ сторы считаются полупроводниковыми приборами с неполной управ­ ляемостью; они работают в релейном режиме, т. е. имеют только два устойчивых состояния — открытое и закрытое.

Когда тиристор открыт, его сопротивление близко к нулю, поэто­ му падение напряжения и потеря энергии на нем незначительны (0,6— 1,5 В). Напряжение сети Uc почти полностью приложено к нагрузке (рис. 3.2, а), т. е. U c^U » В закрытом состоянии тиристор имеет внутреннее сопротивление весьма высокое (десятки МОм), поэтому протекающий ток через него практически равен нулю, а сетевое напряжение — падению напряжения на тиристоре (UC^ U A). Переключение из одного состояния в другое происходит почти мгно­ венно (несколько микросекунд).

54

Одним из недостатков тиристоров, работающих в силовых цепях постоянного тока, является то, что они требуют специальной схемы для их запирания. Тиристор может закрыться при уменьшении анод­ ного тока в нем ниже некоторого значения / „ыкл, т. е. имеет место естественная коммутация. Можно кратковременно подать на тири­ стор обратное напряжение, тогда получим принудительную комму­ тацию. Запереть тиристор подачей управляющего сигнала обратной полярности можно только при очень небольшом анодном токе, поэтому существует несколько схем запирания тиристоров (рис. 3.3): разрыв анодной цепи происходит при кратковременном раз­ мыкании выключателя, достаточном для восстановления непроводя­

щих свойств тиристора (рис. 3.3, а); шунтирование цепи анод — катод выключателем с последующим его размыка­

торы пока заперты, тока в

56

одновременно — зарядный ток конденсатора /3по цепи: «+ » — R2 —

Если нужно выключить нагрузку, то кратковременно подаем сигнал управления на Т2. Тиристор открывается и начинает проте­ кать ток / 2 по цепи: «+ » — R2 — Т2 — «—», а также разрядный ток конденсатора /р: «+ » конденсатора — Т2 — источник питания — R1 — «—» конденсатора. При этом к 77 кратковременно приклады­ вается обратное напряжение Uo6j> «—» к аноду, а «+ » к катоду. Тиристор 77 закрывается, а конденсатор перезаряжается на обрат­ ную полярность: левая пластина — «+ », а правая — «—»>. Левая пластина теперь соединена с положительным зажимом сети, а пра­ вая — через открытый Т2 с отрицательным. Итак, нагрузка выклю­ чена, в цепи протекает только ток /2; так как он очень мал, то потери энергии в R2 незначительны.

Если нужно снова включить нагрузку, то опять кратковременно подаем сигнал управления на 77. Тиристор открывается, начинает проходить ток нагрузки /,* а также разрядный ток конденсатора Гр по цепи: «+ » конденсатора — 77 — источник питания — R2 — «—» конденсатора. При этом на Т2 подается обратное напряже­ ние заряженного конденсатора Г/'обр. Тиристор Т2 запирается, а кон­ денсатор перезаряжается на первоначальную полярность.

На рис. 3.3, г показана схема запирания тиристора T i e помощью колебательного контура. При включении схемы и подачи сигнала на Т2 протекает зарядный ток / э по цепи: «+ » источника — С — Т2 — RH— «—» источника. Конденсатор заряжается полярностью, пока­ занной на рис. 3.3, г, а ток прекращается и Т2 закрывается. Схема подготовлена к включению нагрузки. Подаем сигнал на Т 7, он откры­ вается, проходит рабочий ток нагрузки /,, а также разряжается конденсатор: «+ » конденсатора — T I — L — Д — «—» конденсато­ ра. Под действием катушки индуктивности, составляющей с конден­ сатором колебательный контур, конденсатор перезаряжается на об­ ратную полярность. На этом колебательный процесс заканчивается, так как диод Д не дает возможности разряжаться конденсатору.

Если нужно выключить нагрузку, то подаем сигнал на Т2. Кон­ денсатор разряжается по цепи: «+ » конденсатора — Т2 — R H— источник питания — «—» конденсатора. При этом на 77 подается обратное напряжение и он закрывается. Разрядный ток /'р затухает, Т2 запирается, а конденсатор перезаряжается на первоначальную полярность.

Существуют и другие схемы запирания тиристора, основанные на принципе подачи обратного напряжения на тиристор. Следует отметить, что специальные схемы для запирания тиристоров необхо­ димы только на постоянном токе. При работе на переменном или выпрямленном одно- и двухполупериодном токе тиристоры запирают­ ся автоматически при переходе тока через нуль, т. е. имеет место естественная коммутация.

57

§ 3.3. Способы управления тиристорами

Напряжение открывания ти­ ристора зависит от величины уп­ равляющего сигнала. Это свойство часто используют для выбора мо­ мента перевода тиристора в про­ водящее состояние.

Рассмотрим один из полупериодов выпрямленного двухполупериодного напряжения гь (рис. 3.4), подаваемого на нагрузку и тирис­ тор (см. рис. 3.2,а). Здесь пока­ зана кривая минимального управ­

ляющего напряжения ИуПр.мин = /(со/), при котором открывается ти­ ристор, если напряжение на нем изменяется по синусоидальному закону. Например, при подаче постоянного сигнала управления i/y'np

показанный на этом графике, называют углом управления (откры­ вания). Пока тиристор закрыт, сетевое напряжение приложено к тиристору ис = ъ (участок О—А '), напряжение на нагрузке и„ » О (отрезок О—С7). Наоборот, при открытом тиристоре выпрямленное напряжение приложено к нагрузке, т. е. щ, м и„ (участок А ' — 180°, отмечен жирной линией), а напряжение на тиристоре щ « 0 (отре­ зок 0' —.180°). Если нагрузка чисто активная, то выпрямленный ток i совпадает по фазе с напряжением и изменяется по такому же закону, как и напряжение на нагрузке.

Среднее значение синусоидального напряжения С/ср= 2 1 /м/я . На графике среднее значение для точки открывания А ' изображено

58

мые 1 и 2, рис. 3.5) и переменным синусоидальным (кривые 3, 4 и 5). Прямая 1 пересекает кривую 4 минимального управляющего напря­ жения (кривую открывания) в точке а'. Это значит, что тиристор открывается в точке А', т. е. почти в начале полупериода. При подаче меньшего сигнала (прямая 2) тиристор открывается позже, в точ­ ке А'\ когда мгновенное значение анодного напряжения выросло.

Бели сигнал имеет синусоидальную форму (кривая 5), то точка открывания Б' определяется через точку б' пересечения этой сину­ соиды с кривой открывания. При меньшем сигнале (кривая 4) точка пересечения — б'\ а точка открывания — Б" и т. д.

Для изменения управляющего сигнала по амплитуде можно при­ менить потенциометр (рис. 3.6, а). Перемещая движок, регулируем величину (амплитуду) синусоидального сигнала. Балластный резис­ тор R 6 служит для ограничения тока управления / уПр. Диод Д защи­ щает тиристор от сигнала отрицательной полярности, который может появиться в случае пробоя диодов в мостовой схеме.

Для изменения синусоидального сигнала по фазе относительно анодного напряжения используют фазорегулятор ФР или сельсин (рис. 3.6, б). Поворачивая ротор, будем изменять сдвиг сигнала по фазе (см. кривые 5, 6, 7, рис. 3.5). Это позволит открывать тиристор в точках Б \ В'у В".

Цепочкой R —L или R —C при переменных параметрах можно изменять сигнал и по амплитуде, и по фазе. Так, в цепи, изобра­ женной на рис. 3.6, ву ток сдвигается относительно приложенного

59

напряжения с помощью магнитного усилителя МУ, имеющего индук­ тивное сопротивление. Изменяя постоянный ток в обмотке управ­ ления ОУ, будем тем самым изменять насыщение сердечника и ин­ дуктивность рабочей обмотки РО. Трк / 2 в цепи вторичной обмотки трансформатора будет создавать падение напряжения I2R 1, совпа­

сопротивление рабочей обмотки Х р.о. Следовательно, угол сдвига между током /2 и напряжением U2 будет уменьшаться, а ток /2 и падение напряжения / 2Л, — увеличиваться, что в конечном итоге приведет к изменению напряжения управления Uупр на тиристоре и уменьшению угла а. Логическая цепочка управления показана на рис. 3.7.

Недостатком рассмотренных способов управления является не­ стабильность угла а, так как свойства тиристора и кривая открыва­ ния подвержены влиянию внешних воздействий.

§3.4. Фазоимпульсное управление

Всистеме фазоимпульсного управления (СФИУ) кратковремен­ ный сигнал UуПр имеет неизменную амплитуду, достаточную для от­ крывания тиристора в любой момент времени, даже в самом начале

полупериода. Этот сигнал подается периодически с интервалом Т / 2 (рис. 3.8, а). Импульс можно сдвигать по фазе с помощью спе­ циальной схемы управления.и тем самым изменять момент откры­ вания тиристора. На рис. 3.8, б показана структурная схема такого импульсного регулятора. Он состоит из трех основных узлов: согла­ сующего входного устройства СВУ, фазосдвигающего устройства ФСУ и усилителя-формирователя импульсов УФИ. Блок СВУ усили­ вает и формирует непрерывные 1 и дискретные (прерывистые) 2 сигналы для подачи на ФСУ. На выходе СВУ непрерывный сигнал 3 соответствует входным сигналам. В блоке ФСУ он сдвигается по фазе с учетом синхронизирующего сигнала 4 и превращается в фазо­ управляемый импульсный сигнал 5. В УФИ сигнал формируется в соответствии с дискретными сигналами управления импульсами 6, получается последовательность импульсов 7 с заданными парамет­ рами.

Работа согласующего входного устройства. Дискретные сигналы 2', 2" 2Ш управления СВУ (рис. 3.9), пройдя через блокировочное устройство БУ, воздействуют на ключи К ь К ъ К 3у которые откры­ ваются и пропускают непрерывные сигналы Г, 1", Г". В зависимости

60