Мощный тиристорный преобразователь 12В в 220В (500Вт)

Виды преобразовательных агрегатов

Преобразование может осуществляться по разным схемам, принцип работы которых разный. Есть несколько типичных применений тиристоров:

• Управляемые выпрямители;
• Инверторные преобразователи.

Управляемый выпрямитель характеризуется тем, что вместо некоторых или всех диодов установлены тиристоры, переключением которых в определенные моменты времени можно управлять величиной среднего напряжения на нагрузке.

Управляемый выпрямитель

Преобразователь напряжения на тиристорах, включенный по схеме управляемого выпрямителя, в силу особенностей своего функционирования может применяться только в цепях переменного тока для питания нагрузки постоянным напряжением.

Инверторные преобразователи формируют из постоянного напряжение близкое к синусоидальной форме. При этом можно получить разное количество фаз, есть возможность регулировать амплитуду и частоту напряжения.

Преобразователь частоты

Асинхронный двигатель для реализации возможности регулирования мощности и скорости можно включить только через преобразователь-преобразователь (частотник).

Простой самодельный инвертор напряжения 12-220В на двух транзисторах

В качестве трансформатора я использовал ферритовые чашки следующих размеров: диаметр — 35 мм, высота — 20 мм. Сначала наматывается первичная обмотка, она содержит 14 витков провода диаметром 0,5 мм, после намотки ее необходимо обмотать изолентой в один слой. Вторичная обмотка трансформатора намотана проводом диаметром 0,2 мм и содержит 220 витков, сверху также обматываем изолентой в один слой. Все, трансформер готов, осталось только собрать половинки и надеть их на болт.

Методом проб и ошибок выбирал транзисторы для схемы, ориентируясь на минимальное потребление тока по схеме. Получилась пара КТ814 и КТ940, далее подбирались сопротивление и емкость. В результате своих экспериментов у меня получилась вот такая схема с указанными номиналами, она приведена выше. Такая конструкция простого преобразователя напряжения отлично подходит для питания энергосберегающей лампы мощностью 8,9,11 Вт. Лампы мощностью 20 ватт не подойдут, скорее всего вторичка слабовата — не переделывал. Лампа мощностью 9 Вт светится так же ярко, как и при питании напрямую от сети переменного тока 220В. Ток потребления схемы преобразователя напряжения варьируется в пределах 0,5 — 0,54 Ампер.

Если вместо транзистора КТ940 использовать транзистор КТ817 и ему подобные, ток, потребляемый схемой преобразователя напряжения и лампой, возрастает до значения 0,86 Ампер. Данная конструкция простого преобразователя напряжения доступна для изготовления всем радиолюбителям и начинающим. Преимущества такой конструкции очевидны: простота изготовления и надежность в эксплуатации.

Следует отметить, что многие радиолюбители проживают в сельской местности и не имеют возможности покупать импортные детали, кроме того, хотя они и недорогие, те же полевые транзисторы стоят денег, которые при ошибке могут сразу же сгореть выйдет из строя или выйдет из строя, не говоря уже о микросхемах. И чаще всего у радиолюбителя ограниченный запас радиодеталей. А потом появился простой преобразователь напряжения, собранный из деталей, взятых из советского мусора. С батареей емкостью 7 Ампер часов легко подсчитать, сколько она протянет — проверял лично.

Самодельный преобразователь напряжения.

Часто задаваемые вопросы

Как влияет рекомендуемый зарядный ток до 0,3С на пластины аккумулятора?

В обычной свинцовой батарее при зарядных токах 0,25-0,3С будет происходить ускоренная реакция выделения водорода, что приведет к высыханию и вздутию батареи. В батареях серии Carbon за счет емкостного эффекта и увеличения количества пластин большие токи будут равномерно распределяться по пластинам, что предотвратит негативные реакции на расщепление воды в составе электролита.

Почему преобразователь напряжения не работает?

Неисправности преобразователя напряжения часто возникают из-за использования неподходящей проводки (например, алюминия вместо меди). Многие модели инверторов чувствительны к току. Они предназначены для работы только от аккумуляторных батарей или стабилизированных источников питания. Такие устройства нельзя подключать к солнечным батареям или газогенераторам.

Какие сложности могут возникнуть при ремонте преобразователя напряжения?

Основная сложность заключается в выборе аналогов транзисторов и трансформаторов при отсутствии оригинальных комплектующих. Остальные элементы электрической цепи — такие как резисторы, конденсаторы или диоды — не имеют конструктивных особенностей, поэтому можно использовать любые доступные детали, подходящие по напряжению, мощности и номиналу.

Принцип работы и конструкция

Для преобразования нагрузки может использоваться тиристорный или транзисторный высоковольтный преобразователь на основе IGBT. Тиристорный преобразователь частоты (ТП, ТПР или ТПЧ) — электротехническое устройство для преобразования переменного тока в постоянный, регулирования уровня и других характеристик. С его помощью можно сгладить различные параметры электроредукторов: скорость вращения при пуске, угол и другие.

Фото – тиристорный уравнитель

Тиристорный преобразователь используется для двигателя постоянного тока (DC motor) совместно с системой автоматического управления (FR A700 в Mitsubishi Electric, Siemens Simoreg DC Master, Omron Yaskawa). Он имеет очень широкий спектр применения благодаря своим преимуществам:

1. Высокий КПД – до 95% (например, для модели ПН-500);
2. Широкий диапазон управления. Его можно использовать для двигателя мощностью от десятых долей киловатта до нескольких мегакиловатт;
3. Способность выдерживать сильные импульсные нагрузки при подключении электродвигателя к сети;
4. Высокие показатели надежности и долговечности;
5. Аккуратность в работе.

Но такая система имеет определенные недостатки. В первую очередь это низкий коэффициент мощности, который проявляется при глубоком регулировании производственных процессов. Это можно компенсировать с помощью дополнительных устройств. Кроме того, мощный преобразователь вызывает помехи в электрической сети, влияя на работу чувствительного электро- и радиооборудования.

Дизайн:

1. Трансформатор или реактор;
2. Выпрямительные блоки;
3. Дополнительный реактор, сглаживающий трансформацию;
4. Система защиты от перенапряжения для оборудования.

Большинство современных инверторов подключаются к трансформатору через реактор. Трансформатор в этой схеме является согласующим звеном между входным и выходным напряжением, он уравновешивает разницу между ними. Помимо него, в электрическую цепь также входит специальный сглаживающий реактор. Это устройство необходимо для нейтрализации определенных пульсаций, возникающих при выпрямлении и изменении рода тока. Но не всегда в систему включают реактор, так как при достаточной индуктивности асинхронного двигателя он не нужен.

Устройство пропускает через автономный преобразователь (расположенный во входящем звене) первичную нагрузку. Они входят в блоки выпрямителей, установленные в выходном разъеме. Для подключения других индукционных потребителей используются специальные шины, помогающие уравнять эффект в целой группе устройств.

Такой преобразователь может быть низкочастотным и высокочастотным. В зависимости от требуемых частот и доступных параметров электричества выбирается нужная модель. Следует отметить, что в машинах, использующих трехфазный ток, применяется другой тип соединения. Однофазный передает воздействия и преобразования, тогда как при преобразовании трехфазного тока эффективность теряется.

Фото — конверсионная точка

Читайте также: Alex_EXE » Преобразователь интерфейса токовой петли 4-20 мА xtr115

Система используется при плавке металлов, сварке, управлении крановыми механизмами и многих других производственных и технологических процессах. Использование этого принципа работы позволяет реализовать систему генератор-двигатель без использования генератора. Благодаря этому производится широкая регулировка числа оборотов шпинделя даже на самых низких скоростях, настраиваются механические и другие характеристики электропривода и другие параметры.

Технические данные и стоимость

Характеристики преобразователей частоты на тиристорах зависят от типа, комплектации.

ТПЧ

Ценности	ТФК 320	800
Мощность, кВт	320	800
Максимальная мощность, кВ-А	640	1250
Частота, герц	50	50
Входное напряжение, В	380	500
Значение наибольшего постоянного тока, А	630	1000
Эффективность, %	94	94
Выходное напряжение, В	800	1000

Преобразователь на тиристорах, работает в условиях повышенной влажности и запыленности (ЭПУ-1-1-3447Э УХЛ4).

Настоящее время, А	25
Максимальный ток нагрузки, А	100
Входное напряжение, В	380

Тиристорные преобразователи объединены в комплексы выпрямления. У уравнителя, в случае выхода из строя, полностью ремонтируется или демонтируется все оборудование. При выпрямительном комплексе заменяют только вышедший из строя механизм. Эти системы используются в станках. Стоимость оборудования для тиристорного преобразователя ABB DCS400 на 2021 год составляет около ста рублей.

Преобразователь частоты на логических элементах

Современные асинхронные двигатели очень трудноуправляемы. Дело в том, что пуск мощного асинхронного двигателя связан со значительными перегрузками по току. Большой крутящий момент может повредить подшипники и опоры, на которых установлены двигатели.

Внезапная остановка двигателя может привести к перенапряжению и серьезным поражениям электрическим током. Поэтому наиболее перспективными системами управления двигателями на сегодняшний день являются преобразователи частоты. Путь преобразователя частоты к цифровой версии довольно сложен. В современных устройствах проблема заключалась в том, что выходные каскады были мощными. Мощных транзисторов не было. Теперь есть IGBT-транзисторы или транзисторы с изолированным затвором.

Рассмотрим преобразование однофазной цепи в трехфазную.

Это блок-схема простого преобразователя. Он состоит из тактового генератора, частотой которого можно управлять. Он состоит из простейших логических элементов. В моде нет логических элементов. Три логических элемента. Конденсатор и резистор задают постоянное значение времени, то есть частоту импульсного выхода. Эти импульсы подаются на счетчик Джонсона, который одновременно является счетчиком и дешифратором, который преобразует выходной сигнал в сигнал с одним выходным импульсом.

Это предусмотрено для того, чтобы импульсы проходили последовательно. Для получения трехфазной системы десять импульсов делились на последовательность до шести импульсов. В этом случае конец седьмого импульса завершает работу счетчика, устанавливая его на ноль. Импульс отправляет команду на сброс счетчика, отсчет начинается с нуля. Выходы этих элементов, в данном случае декодера, подключены к трем элементам, которые переключаются. Эти переключающие элементы, управляющие работой двухтактных транзисторов, составляют основу выхода.

На выходе появляется напряжение с частотой, которую мы задали на этом генераторе. Тактовые импульсы подаются на счетчик Джонсона дешифратором, который запускает логические элементы. Если на входе имеется устройство, которое идет на два мощных транзистора, включенных по мостовой схеме, то пары транзисторов переключают направление тока в обмотке двигателя вправо и влево. В результате с увеличением скорости регулирования частота коммутации выходного напряжения в обмотке будет постепенно увеличиваться, что приведет к увеличению средней частоты в двигателе и увеличению числа оборотов.

Если мы рассматриваем систему как принятую трехфазную систему переменного тока, мы можем получить трехфазный переменный ток на выходе. Он будет прямоугольным. Чтобы получить импульсы, близкие к гармоническим колебаниям, вам нужно использовать фильтры L или C, чтобы получить полный сигнал. Если мы имеем дело с постоянным током, то этот преобразователь может получать от него трехфазный переменный ток. Поэтому наш преобразователь частоты, который питается постоянным током, можно запитать от однофазного выпрямителя.

В мощных накопителях транзисторы не подходят. Поэтому вместо них применяют тиристорные преобразователи частоты. На малой скорости поддерживать крутящий момент сложнее, так как приводы имеют жесткие характеристики. Насос питается от синусоидальной системы склейки. Выходная частота менее 50 Гц.

Тиристорные преобразователи частоты с звеном постоянного тока

При необходимости регулирования скорости вращения вала выше номинальной частоты, а также при повышенных требованиях к отсутствию паразитных гармоник применяют преобразователи частоты на основе преобразователя тока или преобразователя напряжения.

Такие инверторы дважды преобразуют напряжение: напряжение сети переменного тока выравнивается, сглаживается и преобразуется обратно в частоту переменного тока.

Есть 2 схемы двойного преобразования: инвертор тока или инвертор напряжения.

В схему первого включен дроссель с большой индуктивностью. На выходе преобразователя частоты поддерживается постоянная амплитуда тока независимо от нагрузки.

Преобразователи частоты этого типа могут восстанавливать электроэнергию обратно в сеть в режиме электродинамического торможения, область их применения – оборудование и механизмы, работающие с частыми отключениями, реверсами и пусками.

В схему преобразователя частоты, построенную по схеме преобразователя напряжения, включен индуктивно-емкостной фильтр. Выходное напряжение таких устройств не зависит от тока, потребляемого электродвигателем.

Основным преимуществом частотников является «чистая синусоидальная» форма напряжения. Такое электрооборудование обеспечивает стабильную работу станции во всей зоне регулирования скорости.

Таким образом, IF с двойным преобразованием:

• Позволяет регулировать выходное напряжение в широком диапазоне частот: для устройств, построенных по схеме источника напряжения от 0 до 1500 Гц, для преобразователей частоты типа «преобразователь мощности» — 0-125 Гц. Частота ограничена только скоростью полупроводниковых элементов.
• Не снижайте мощность двигателя. Выходное напряжение преобразователей частоты имеет форму, близкую к синусоидальной.
• Они имеют небольшое количество тиристорных ключей по сравнению с преобразователями прямого включения. Инверторные схемы не требуют синхронизации с сетью и сложной схемы управления открытием и закрытием элементов.
• Нечувствителен к коротким замыканиям на выходе. Преобразователи тока обеспечивают безаварийную работу при коротком замыкании выходной цепи, а также возможность рекуперации мощности в сеть.

К недостаткам частотников на основе схемы двойного преобразования относятся: невозможность работы преобразователя тока на групповую нагрузку, зависимость искусственной связи от cosϕ и уровня нагрузки двигателя, значительная стоимость конденсатора или дросселя, снижение КПД при двойном преобразовании. Преобразователи напряжения без дополнительных цепей также не возвращают мощность в сеть.

IGBT-транзисторы

Объединив положительные свойства биполярных и полевых транзисторов с изолированным затвором, можно получить очень достойный коммутационный элемент для низкочастотной (имеется в виду промышленная частота 50-60 Гц) техники — IGBT. Его обозначение и упрощенная схема замещения показаны на рисунке выше. Схема собрана как Дарлингтон для биполярки. N-канальный полевой транзистор фактически действует как усилитель тока с большим коэффициентом усиления, хорошо открывая связанный с ним биполярный транзистор, который действует в этой паре как силовой транзистор.

Его эмиттер в такой структуре называется коллектором и наоборот (по «принципу утки» — по отношению к выводам прибор частично ведет себя как биполярный транзистор с гигантским коэффициентом усиления). В то же время IGBT нельзя считать простой схемой, «спаянной» из n-канального полевого и pnp биполярных транзисторов — это именно полупроводниковая структура, а не схема. Формальное соединение база-коллектор биполярной части и полевой канал образуют на кристалле единую структуру.

Диапазон IGBT транзисторов по электрическим параметрам от 300 В и выше, по частоте — до 10 кГц. Это хорошо подходит только для промышленных частот (с использованием частотников). IGBT используются в электроприводах, от небольших электроинструментов до электровозов. То, что они работают в диапазоне не очень высоких частот, в отличие от мосфета, избавляет от многих проблем, связанных с паразитными индуктивностями и емкостями — управляющий транзистор в такой конструкции чувствует себя вполне комфортно, частота его переключения сравнительно невысока. Это означает, что легче заряжать емкость затвора.

Рекомендуем изучить конденсатор CBB61

Большой проводимости от него в данном случае не требуется. Выходной pnp биполярный транзистор сконструирован таким образом, что выдерживает большое обратное напряжение и может работать в инверсном режиме. Простота управления IGBT и диапазон безопасной работы оказались намного выше, чем у биполярных транзисторов. Таким образом, IGBT не имеют встроенного обратноходового диода, но такой диод с быстрым восстановлением может быть добавлен в схему либо снаружи, либо встроен в микросхему, если это необходимо для приложения, для которого предназначено устройство.

БТИЗ появились в 1983 году (первая конструкция была запатентована в ИК)

Первые образцы плохо переключались и были ненадежны, поэтому не вышли на рынок так, как должны были. Трудности были технологическими, связанными с получением пластин толщиной около 100 мкм. Преодоление их, а также появление Trench-технологии производства МОП-транзисторов позволило резко снизить сопротивление канала в открытом состоянии, а это позволило приблизить характеристики IGBT к характеристикам традиционного механический переключатель, но без присущей дуге и на несколько порядков быстродействующий

преодоление их, а также появление Trench-технологии производства МОП-транзисторов позволило резко снизить сопротивление канала в открытом состоянии, а это позволило приблизить характеристики IGBT к характеристикам традиционного переключатель механический, но без присущей дуге и на несколько порядков быстродействующий.

IGBT-транзисторы используются в преобразователях частоты, устройствах плавного пуска, они интенсивно вытесняют тиристоры из всех областей, несмотря на их значительную цену. Они используются в источниках питания, преобразователях, электростанциях, сварочных источниках питания и на транспорте.

Схема 3-фазного частотника

Импульсные преобразователи напряжения

Тиристорные трехфазные преобразователи частоты применяются для управления большой нагрузкой и применяются там, где нет возможности включить оборудование на IGBT-транзисторах.

Различают два класса устройств по принципу переключения элементов управления:

• С одноступенчатым переключением;
• Двухэтапный.

Однокаскадные устройства отличаются простотой схем, но не имеют возможности регулировки выходного напряжения, так как все тиристоры управляются одновременно. Регулирование напряжения работает за счет установки в цепи постоянного напряжения питания за счет установки регулируемого выпрямителя.

В свою очередь двухкаскадные преобразователи делятся на схемы:

• С групповой сменой;
• С изменением фазы;
• С индивидуальным управлением.

Эти устройства сложнее не только по схеме управления, но и по силовой части, так как имеют две группы тиристоров: анодную и катодную.

Групповая коммутация

Сигналы управления подаются отдельно на анодную или катодную группу.

Пофазная коммутация

Управление осуществляется отдельно для каждой фазы преобразования путем отключения анодного или катодного тиристора.

Индивидуальная коммутация

Здесь каждый тиристор инвертора управляется отдельно. Благодаря индивидуальному управлению можно реализовать большое количество алгоритмов преобразования, минимизировать искажения формы сигнала и уровень электромагнитных помех.

Цифровая система микропроцессоров управления ТПЧ 320

Микропроцессорные системы управления TFC 320 регулируют, защищают и диагностируют. Формируется на плате с микросхемами и экраном через шлейфы. Эта система дает гарантию надежной работы, защищает от помех.

Каждый порт получает импульс. Информация выводится на экран панели. Вы можете получить информацию от цепных механизмов. Система управления обрабатывает большое количество данных, отправляемых по каналу. Это данные:

• Сила.
• Частота.
• Вес нагрузки.
• Вес расплавленного металла.
• Время.

Комплектность шкафа TFC 320:

• Выпрямитель.
• Система выравнивания мощности.
• Плавный дроссель.
• Диагностика.
• Контроль температуры.
• Контроль охлаждения.
• Замок.
• Защита, перезапуск частотника при отключении шнура питания.

Тиристорный преобразователь как средство модернизации однофазных печей

На многих промышленных предприятиях нашей великой Родины установлены мощные однофазные электропечи. При большом количестве одновременно работающих таких печей имеет место несимметричное потребление тока по фазам питающего напряжения, иначе говоря «перекос» по фазам. Как устранить эти перекосы, не меняя саму печь?

Чем именно плохи эти фазовые искажения? Во-первых, несимметричные токи создают несимметричные напряжения питания, что может быть нежелательно для питания других потребителей. Но с этим недостатком можно хотя бы жить и терпеть. Самым большим недостатком является неэффективное использование энергетических мощностей компании. Рассмотрим гипотетический пример.

Предположим, имеется трехфазная питающая линия, номинальный ток до 1000 А, и пусть в какой-то момент из-за работы однофазных печей нагрузка распределяется между фазами следующим образом: Iа = 200 А, Iб = 500 А, Iк = 800 А. В этом случае очевидно, что при равномерном распределении нагрузок между всеми фазами токи будут равны Iа = Iб = Iк = 500 А и будет подача запас по линейному току еще 500 А, что позволило бы подключить мощную трехфазную нагрузку 500 А, например электродвигатель мощностью 250 кВт. Однако на данный момент ограничивающим фактором является ток фазы C Ic = 800 А, что позволяет подключить нагрузку всего 200 А (двигатель 90 кВт). Отсюда вывод: равномерное распределение мощности по фазам приводит к высвобождению больших энергетических мощностей (в нашем примере 150-160 кВт), которых в компаниях обычно не хватает.

Какие существуют альтернативы модернизации однофазных печей. Первое, что приходит в голову, это решение проблемы в лоб – то есть заменить однофазную печь на трехфазную крайне дорого. Печи стоят сотни тысяч, а то и миллионы рублей, плюс демонтаж старой печи и установка новой и наладка технологического процесса на новой печи… При этом стоимость высвобождаемого киловаттного энергетического потенциала печи составит очень высокие и, скорее всего, сравнимы со строительством новых мощностей с нуля. Поэтому поставим вопрос иначе: как распределить мощность равномерно по всем трем фазам, не меняя саму печь, а лишь полностью или частично модернизировав ее электрооборудование?

Решения есть, для этого необходимо использовать тиристорные и транзисторные преобразователи напряжения. Оценивайте различные варианты по принципу от простого к сложному.

Управляемый трехфазный выпрямитель переменного тока

Рисунок 1. Трехфазный управляемый выпрямитель

Если нагрузка (назовем нагрузкой нагревательные элементы печи) питается без трансформатора от однофазного или межфазного напряжения, то это простейший случай. Трехфазный тиристорный выпрямитель поможет равномерно распределить ток по всем трем фазам:

Гораздо сложнее обстоит дело, когда нагрузка питается от вторичной обмотки понижающего трансформатора. Какие здесь есть варианты?

Регулируемый трехфазный тиристорный выпрямитель напряжения во вторичной обмотке трансформатора

Рис. 2. Регулируемый трехфазный выпрямитель на тиристорах во «вторичке» трансформатора

При относительно высоком напряжении вторичной обмотки (50-100 В и выше) целесообразно включить во вторичную обмотку трансформатора тиристорный выпрямитель:

Рисунок 2 Регулируемый трехфазный выпрямитель на тиристорах во «вторичке» трансформатора

Разумеется, в этом случае необходимо установить замену старого однофазного трансформатора на новый трехфазный.

Тиристорный регулятор напряжения и неуправляемый диодный мост

Рисунок 3. Тиристорный регулятор тока и трехфазный диодный мост

При напряжении вторичной обмотки трансформатора 30..50 В схема, показанная на рисунке 3, получается дешевле.

Схема получается дешевле за счет того, что управляемые вентили (тиристоры) подключаются со стороны первичной обмотки трансформатора и работают при малых токах, а ток выпрямляется с помощью обычных диодов, которые намного дешевле тиристоров . Такое расположение подходит для «вторичных» токов до 1..2 кА.

Тиристорный регулятор тока и синхронный выпрямитель

Рисунок 4. Тиристорный регулятор тока и синхронный выпрямитель

При еще более низких напряжениях вторичной обмотки применение диодных или тиристорных выпрямителей нецелесообразно из-за больших потерь энергии. Дело в том, что при прохождении тока через диоды или тиристоры на них падает напряжение около 1 В, которое рассеивается в бесполезный нагрев. Например, при выходном напряжении 10 В при работе мостового выпрямителя на диодах падает 2 В (в любой момент времени работают два диода), а значит, прибл. 20% мощности рассеивается на диодах. При этом цена и габариты такого преобразователя растут в геометрической прогрессии.

Вот тут и может прийти на помощь синхронный выпрямитель на полевых транзисторах. Не вникая в его внутреннее устройство (это не является целью данной статьи), скажем лишь, что это тот же выпрямитель, только не на диодах, а на полевых транзисторах. С помощью современных полевых транзисторов можно делать выпрямители с очень малым падением напряжения — 0,1..0,2 В. К сожалению, из-за особенностей полевых транзисторов это возможно только при низких напряжениях — но в данном примере это именно то, что вам нужно.

В этом случае схема преобразователя напряжения принимает следующий вид: напряжение на первичной стороне трансформатора регулируется тем же тиристорным регулятором, а на стороне низкого напряжения трехфазное переменное напряжение преобразуется в постоянное с помощью синхронный выпрямитель. Такой преобразователь имеет смысл использовать при напряжениях вторичной обмотки 10..30 В и токах до нескольких килоампер.

Выпрямитель и инвертор

Рисунок 5. Трехфазный выпрямитель и однофазный преобразователь

Если ни один из перечисленных вариантов не подходит, остается только один — самый сложный и дорогой, но подходящий для всех однофазных печей. Это пара трехфазных выпрямителей и однофазных инверторов:

В этой схеме диодный мост выпрямляет трехфазное напряжение в постоянное, а инвертор преобразует его в однофазное переменное. Преобразователь работает в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ), то есть регулирование напряжения осуществляется изменением времени включения и выключения силовых транзисторов. Синусный фильтр предназначен для подавления высших гармоник. Такой преобразователь имеет самую высокую стоимость, но у него есть важный плюс – он не требует обязательной замены старого однофазного трансформатора.

готов предложить различные варианты модернизации печей для вашей компании.

По материалам

Особенности тиристорного управления

Все типы преобразователей напряжения

Тиристоры как переключающие элементы отличаются тем, что могут использоваться исключительно как переключатели. Каталог номенклатуры тиристоров выделяется тем, что большинство элементов в нем не требуют постоянной подачи управляющего сигнала. Он использует свойство тиристоров оставаться открытыми после снятия управления. Блокировка происходит только при падении тока через ячейку ниже определенного уровня или изменении полярности напряжения на аноде и катоде.

Не дожидаться смены полярности или уменьшения тока можно, применяя специальные запираемые тиристоры, которые запираются подачей сигнала на управляющий электрод.

Любой тиристорный преобразователь характеризуется высоким уровнем искажения формы напряжения. В момент коммутации также возникают импульсы электромагнитных помех, для снижения уровня которых необходимо применение дополнительных схемных решений (коммутация в момент перехода напряжения через ноль, установка помехоподавляющих фильтров).

Искажение формы волны

Тиристорный преобразователь для плавного пуска высоковольтных асинхронных двигателей

ТПН (тиристорный преобразователь напряжения) успешно применяется для низковольтных двигателей до 1000 кВ и для высоковольтных электрических машин напряжением от 3,6 до 10 кВ. Широкое использование таких машин является следствием их энергоемкости. Их мощность согласуется с мощностью некоторых подстанций, поэтому устройства плавного пуска на тиристорах — очень важное решение.

Рис №2. Функциональная схема ПАД-В

Создание тиристорных преобразователей осуществляется на основе концепции, основными аспектами которой являются:

1. Использование ТВК типа ПАД-8 (мягкий пуск АД).
2. Блоки, составляющие силовую часть ТПН-В, построены на базе высоковольтного тиристорного модуля (ВТМ.
3. Применение цифровой системы управления на базе однокристального RISC-микроконтроллера.
4. Информационная часть состоит из специальных высоковольтных датчиков, реализующих качественное и точное измерение, кодирование сигнала и его передачу на контроллер системы по оптоволоконному кабелю.
5. Для формирования тока и напряжения высоковольтного двигателя используется оригинальный алгоритм преобразователя ПАД-В.

Рис. № 3. Высоковольтный тиристорный модуль ВТМ.

Модуль состоит из двух встречно-параллельных тиристоров, снабженных охладителями, сглаживающим резистором R2, оптоуправляемыми моделями, тиристорными формирователями импульсов (ФИ). Комплектация: датчики напряжения, температуры и синхронизации с оптическим выходом.

Схемные решения преобразователей на основе тиристоров

Преобразователь частоты

Особенностью тиристорных схем является то, что они рассчитаны на работу с определенным видом нагрузки.

Последовательный и параллельный инверторы тока

Этот тип инвертора имеет дополнительный конденсатор, подключенный последовательно или параллельно нагрузке. Назначение конденсатора — обеспечить надежную блокировку тиристоров, не участвующих в прохождении тока по цепи. Для стабилизации тока через нагрузку на входе преобразователя тока имеется индуктивность, которая в идеальном случае должна стремиться к бесконечности.

Комбинированные схемы

Комбинированная последовательно-параллельная схема содержит два конденсатора и улучшает нагрузочные характеристики устройства. В частности, такая схема более устойчива при работе с небольшой нагрузкой.

Последовательные, параллельные и комбинированные цепи

Преобразователь напряжения Мак-Мюррея

Схема Мак-Мюррея включает в себя LC-цепь. Эта цепь образована из соединения конденсатора и дросселя через открытый в данный момент тиристор, закрывающий противоположный.

Схема МакМюррея

Это решение позволяет питать индуктивные нагрузки, например, устройства, где осуществляется индукционный нагрев или сварка металлоконструкций.

Последовательный резонансный инвертор

В такой схеме емкость и индуктивность конденсатора выбираются таким образом, чтобы на частоте преобразования LC схема находилась в резонансе. Таким образом, тиристоры будут управляться на резонансной частоте.

Преобразование может выполняться на более высокой частоте, что повышает производительность схемы за счет лучших условий переключения ключевых элементов.

Схема модели индукционного комплекса на тиристорах

В индукционных нагревательных устройствах чаще всего используется схема Мак-Мюррея или резонансный преобразователь, поскольку нагрузка явно индуктивная. Устройства индукционного нагрева потребляют значительный ток, поэтому в мощных печах применяют именно тиристоры, несмотря на лучшие по параметрам транзисторы.

Поскольку для питания промышленных установок используется трехфазный переменный ток, в конструкции обязательно присутствует выпрямитель, формирующий на выходе постоянный ток.

Использование тиристоров в качестве основных элементов преобразователя позволяет создавать простые и надежные схемы, основным недостатком которых является достаточно сильное искажение формы волны напряжения и высокий уровень электромагнитных помех.

Определение величины преобразуемой мощности

С чего начать расчет? Важнейшим параметром любого источника питания является ток. От него напрямую зависят все остальные параметры преобразователя, в том числе вес, габариты и стоимость. В этом случае выходная мощность РО легко определяется как сумма мощностей обоих каналов:

(один)

где RO1, RO2 – выходная мощность первого и второго канала соответственно.

Однако основное влияние на массу, габариты и стоимость оказывает не производство, а преобразованная мощность в обороты — скорость передачи энергии через магнитные или электрические поля элементам, изменяющим параметры электрической энергии. В нашем примере этот процесс происходит в дросселе L1, поэтому все остальные параметры в схеме зависят от режима ее работы.

В общем случае значение преобразованной мощности может быть меньше мощности инвертора. Это связано с тем, что из-за особенностей схем блока питания часть энергии поступает в нагрузку непосредственно от первичного источника тока (от входа к преобразователю), минуя магнитное поле индуктора. Эта проблема подробно рассмотрена в , где получены формулы, позволяющие рассчитать значение RPM для четырех наиболее распространенных («базовых») схем:

(2)

где UВХ, UВЫХ — соответственно напряжения на входе и выходе преобразователя.

Наша схема, на первый взгляд, не относится к числу «основ», но давайте рассмотрим ее внимательно. Если мысленно убрать все элементы, относящиеся ко второму каналу преобразования (обмотка W2, VD1, C3), то останется классический повышающий преобразователь, а если убрать элементы первого канала (VD2, C2), то обратноходовой (рис. 3).

Рисунок 3	Разбейте схему (рисунок 1) на элементарные «базовые» преобразователи.

Для первого канала (повышающая схема) преобразованная мощность РПМ1 зависит от соотношения входного и выходного напряжений, и чем больше разность напряжений, тем больше РПМ1. Определим это значение в худшем случае — при минимальном входном напряжении UВХ_MIN:

(3)

Во втором канале (схема обратного хода) вся энергия проходит через магнитное поле индуктора, поэтому преобразованная мощность РПМ2 не зависит от соотношения входного и выходного напряжений:

(четыре)

Магнитопровод индуктора L1 является общим для двух каналов, и по принципу суперпозиции полную преобразованную мощность в обороты можно представить как сумму преобразованных мощностей первого и второго каналов:

(5)

Сравнивая результаты расчетов с формулами (1) и (5), видим, что RPMOUT. Недостающие 4 Вт из-за электрического соединения подаются на нагрузку первого канала напрямую со входа без каких-либо преобразований. Это позволяет нам сделать нашу схему почти на 17% меньше и легче, чем когда мы включаем оба канала в цепь обратной связи (рис. 2b). Между прочим, если читатель желает попрактиковаться в расчетах мощности преобразования, то на рис. 2 показаны результаты расчета оборотов для всех индуктивных компонентов, которые можно использовать для самотестирования.