晶閘管電驅動

在工業中，帶有受控半導體閥的執行器——晶閘管——被廣泛使用。晶閘管的製造電流高達數百安培，電壓高達 1000 伏或更高。它們的特點是效率高、尺寸相對較小、速度快，並且能夠在很寬的環境溫度範圍內（從 -60 到 +60°C）工作。

晶閘管不是一個完全可控的裝置，它是通過在控制電極上施加相應的電位來開啟的，只有由於中斷電壓，它的自然過渡通過零或阻尼的供應而強制中斷電流電路才能關閉相反符號的電壓。通過改變控制電壓的供給時間（其延遲），您可以調整整流電壓的平均值，從而調整電機的速度。

無穩壓時整流電壓的平均值主要由晶閘管變流器的開關電路決定。傳感器電路分為兩類：零拉和橋接。

在中大功率裝置中，主要使用橋式變換器電路，主要有兩個原因：

• 每個晶閘管上的電壓較低，

• 沒有恆流分量流過變壓器繞組。

轉換器電路的相數也可能不同：從低功率裝置中的相數到大功率轉換器中的 12 - 24 相。

晶閘管轉換器的所有變體都具有積極的特性，例如低慣性、缺少旋轉元件、尺寸更小（與機電轉換器相比），但有許多缺點：

1. 硬連接網絡：網絡中的所有電壓波動都直接傳輸到驅動系統，負載增加，電機軸立即轉移到網絡並引起電流沖擊。

2、調低電壓時功率因數低。

3、產生高次諧波，對電網造成負荷。

晶閘管變流器驅動的電動機的機械特性由施加在電樞上的電壓及其隨負載變化的性質決定，即變流器的外特性以及變流器和電動機的參數。

晶閘管的裝置和工作原理

晶閘管（圖 1，a）是一種四層矽半導體，具有兩個 pn 結和一個 n-p 結。在陽極電壓Ua作用下流過晶閘管的電流Az的大小取決於在控制電壓Uy作用下流過控制極的電流Az。

如果沒有控制電流（Azy = 0），那麼隨著電壓 U 的增加，用戶 P 電路中的電流 A 將增加，但仍保持一個非常小的值（圖 1，b）。

米。 1.晶閘管的方框圖（a）、電流-電壓特性（b）和結構（c）

此時在非導通方嚮導通的n-p結具有高阻值。在陽極電壓的某個值 Ua1（稱為打開電壓、點火電壓或開關電壓）下，阻擋層發生雪崩擊穿。其電阻變小，電流強度增加到根據歐姆定律由電阻 Rp 確定的值用戶P。

隨著電流 Iу 的增加，電壓 Ua 降低。電壓Ua達到最低值時的電流Iu稱為修正電流I。

當電壓 Ua 移除或符號改變時，晶閘管閉合。晶閘管的額定電流I是在不引起不可接受的過熱的情況下正向流動的電流的最大平均值。

標稱電壓 Un 稱為確保設備給定可靠性的最高允許振幅電壓。

由標稱電流產生的電壓降ΔUncreated稱為標稱電壓降（通常ΔUn = 1 — 2 V）。

校正電流強度 Ic 的值在 0.1 — 0.4 A 的範圍內波動，電壓 Uc 6 — 8 V。

晶閘管可靠打開，脈衝持續時間為 20 — 30 μs。脈沖之間的間隔不應小於 100 μs。當電壓Ua降為零時，晶閘管關斷。

晶閘管的外部設計如圖 1 所示。1、v… 銅基 1十六矽四層結構 2 帶螺紋尾部，帶負電源 3 控制4路輸出。矽結構由圓柱形金屬外殼5保護。絕緣體固定在外殼6中。底座1中的螺紋用於安裝晶閘管並將陽極電壓源連接到正極。

隨著電壓 Ua 的增加，打開晶閘管所需的控制電流減小（見圖 1，b）。控制開啟電流與控制開啟電壓uyo成正比。

如果 Uа 按正弦規律變化（圖 2），則所需電壓和 0 開度可用虛線表示。如果施加的控制電壓 Uy1 恆定且其值低於電壓 uuo 的最小值，則晶閘管不會打開。

如果控制電壓增加到值 Uy2，一旦電壓 Uy2 變得大於電壓 uyo，晶閘管就會打開。通過改變 uу 值，可以在 0 到 90° 的範圍內改變晶閘管的開啟角度。

米。 2.晶閘管控制

為了在 90° 以上的角度打開晶閘管，使用可變控制電壓 uy，例如，它以正弦曲線變化。在該電壓的正弦波與虛線 uuo = f (ωt) 的交點對應的電壓處，Tiristor 打開。

通過向右或向左水平移動正弦波 uyo，可以改變晶閘管的開度角 ωt0。這種打開角度控制稱為水平。它是使用特殊的相位開關進行的。

通過垂直向上或向下移動相同的正弦波，您還可以改變張角。這種管理稱為垂直管理。在這種情況下，用可變電壓控制tyy，在代數上加上一個恆定的電壓，例如，電壓Uy1……通過改變這個電壓的大小來調節打開角度。

一旦打開，晶閘管保持打開狀態，直到正半週期結束，控制電壓不影響其運行。這也使得通過在正確的時間週期性地施加正控制電壓脈衝來應用脈衝控製成為可能（圖 2 底部）。這增加了控制的清晰度。

通過以這種或那種方式改變晶閘管的開啟角度，可以向用戶施加不同形狀的電壓脈衝。這會改變用戶終端的平均電壓值。

各種裝置用於控制晶閘管。在圖所示的方案中。 3、交流電源電壓加在變壓器Tp1的初級繞組上。

米。 3、晶閘管控制電路

該變壓器的次級電路中包含一個全波整流器B。1、B2、B3、B4在直流電路中具有顯著的電感L。實際波流實際上被消除了。但這樣的直流電只能通過對具有圖1所示形式的交流電進行全波整流來獲得。 4、一個。

因此，在這種情況下，整流器B1、B2、B3、B4（見圖3）是交流電形式的轉換器。在該方案中，電容器 C1 和 C2 與矩形電流脈衝交替串聯（圖 4，a）。在這種情況下，在電容器 C1 和 C2（圖 4，b）的極板上，形成橫向鋸齒波電壓，施加到晶體管 T1 和 T2 的基極（見圖 3）。

該電壓稱為參考電壓。直流電壓Uy也作用於各晶體管的主電路。當鋸電壓為零時，電壓 Uy 在兩個晶體管的基極產生正電勢。每個晶體管以負基極電位的基極電流打開。

當鋸齒參考電壓的負值大於 Uy 時，就會發生這種情況（圖 4，b）。這個條件的滿足取決於 Uy 在不同相位角值下的值。在這種情況下，晶體管打開不同的時間段，具體取決於電壓 Uy 的大小。

米。 4.晶閘管控制電壓圖

當一個或另一個晶體管打開時，矩形電流脈衝通過變壓器 Tr2 或 Tr3 的初級繞組（見圖 3）。當這個脈衝的前沿通過時，在次級繞組中產生一個電壓脈衝，施加到晶閘管的控制電極上。

當後面的電流脈衝通過次級繞組時，會產生一個極性相反的電壓脈衝。該脈衝由繞過次級繞組的半導體二極管關閉，並且不應用於晶閘管。

當用兩個變壓器控制晶閘管（見圖 3）時，會產生兩個脈衝，相移 180°。

晶閘管電機控制系統

在直流電機的晶閘管控制系統中，電機直流電樞電壓的變化用於控制其速度。在這些情況下，通常使用多相整流方案。

在圖。 5，這種最簡單的圖用實線表示。在該電路中，晶閘管T1、T2、T3分別串聯在變壓器的次級繞組和電機電樞上； NS。 ETC。 c.次級繞組異相。因此，當控制晶閘管的開啟角度時，相對於彼此相移的電壓脈衝被施加到電機電樞。

米。 5.晶閘管驅動電路

在多相電路中，間歇和連續電流可以通過電機的電樞，具體取決於所選的晶閘管觸發角。一個可逆電驅動器（圖5，a，整個電路）使用兩組晶閘管：T1、T2、T3和T4、T5、T6。

通過打開特定組的晶閘管，它們可以改變電動機電樞中的電流方向，從而改變其旋轉方向。

也可以通過改變電機勵磁繞組中電流的方向來實現電機反轉。這種反轉用於不需要高速的情況，因為與電樞繞組相比，勵磁繞組具有非常高的電感。這種反向行程常用於金屬切削機床主運動的晶閘管驅動。

第二組晶閘管還可以執行需要改變電動機電樞中電流方向的製動模式。考慮中的驅動電路中的晶閘管用於打開和關閉電機，以及限制啟動和製動電流，從而無需使用接觸器以及啟動和製動變阻器。

在直流晶閘管驅動電路中，電源變壓器是不可取的，它們會增加安裝的尺寸和成本，因此通常採用圖1所示的電路。 5 B。

在該電路中，晶閘管的點火由控制單元BU1控制。它連接到三相電流網絡，從而提供功率並將控制脈衝的相位與晶閘管的陽極電壓相匹配。

晶閘管驅動器通常使用電機速度反饋。在這種情況下，使用測速發電機 T 和中間晶體管放大器 UT。還使用電子郵件反饋。 ETC。 c.電動機，通過電壓負反饋和電樞電流正反饋同時作用實現。

為了調節勵磁電流，使用了帶有控制單元 BU2 的晶閘管 T7。在陽極電壓的負半週，當晶閘管T7不通過電流時，由於e，OVD中的電流繼續流動。 ETC。 c.自感應，通過旁通閥B1關閉。

帶脈衝寬度控制的晶閘管電驅動器

在所考慮的晶閘管驅動器中，電機由頻率為 50 Hz 的電壓脈衝供電。要提高響應速度，建議提高脈衝頻率。這是在具有脈衝寬度控制的晶閘管驅動器中實​​現的，其中頻率高達 2-5 kHz 的不同持續時間（緯度）的矩形直流脈衝通過電機電樞。除了高速響應外，這種控制還提供了較大的電機速度控制範圍和更高的能量性能。

採用脈寬控制，電機由不可控整流器供電，與電樞串聯的晶閘管週期性閉合和斷開。在這種情況下，直流脈衝通過電機的電樞電路。這些脈衝持續時間（緯度）的變化會導致電動機轉速的變化。

由於在這種情況下晶閘管在恆定電壓下運行，因此使用特殊電路將其關閉。最簡單的脈衝寬度控制方案之一如圖 1 所示。 6.

米。 6. 帶脈寬控制的晶閘管電驅動

在該電路中，阻尼晶閘管Tr導通時，晶閘管Tr截止。當這個晶閘管打開時，充電的電容器 C 放電到 風門 Dr1，創造了一個重要的e。 ETC。 c. 在這種情況下，扼流圈兩端出現電壓，該電壓大於整流器的電壓 U 並指向整流器。

通過整流器和並聯二極管 D1，該電壓施加到晶閘管 Tr 並使其關斷。當晶閘管關斷時，電容C再次充電至開關電壓Uc>U。

由於電流脈衝頻率的增加和電機電樞的慣性，電源的脈衝特性實際上並沒有反映在電機旋轉的平穩性上。晶閘管 Tr 和 Tr 由允許改變脈衝寬度的特殊相移電路打開。

電氣行業對完全調節的晶閘管直流電源驅動器進行了各種修改。其中包括具有 1:20 速度控制範圍的驅動器； 1：200； 1: 2000 通過改變電壓，不可逆和可逆驅動，帶和不帶電制動。控制是通過晶體管相脈衝裝置進行的。驅動器對電機轉速和 e. 計數器等使用負反饋。和

晶閘管驅動器的優點是高能量特性、體積小、重量輕、除電動機外沒有任何旋轉機械、高速和隨時準備工作。晶閘管驅動器的主要缺點是成本仍然很高，大大超過帶有電機和磁放大器的驅動器的成本。

目前，用晶閘管直流驅動器廣泛替代晶閘管直流驅動器的趨勢穩定 變頻交流驅動器.