Тиристорной структуры

Исследуется только вариант схемы с тиристорным возбудителем, поскольку проведенные ранее исследования на модели [111] показали, что другие типы возбудителей (электромашинный усилитель, силовой магнитный усилитель) по своим динамическим качествам значительно уступают первому.

Применение тиристорного управления электроприводами одноковшовых экскаваторов. Дальнейшее совершенствование систем электропривода идет по пути применения управляемых кремниевых вентилей (тиристоров) либо для питания обмоток возбуждения генераторов (система Г—Д с тиристорным возбудителем), либо для питания приводных двигателей (система тиристорный преобразователь — двигатель).

На 12.8 показана структурная схема электропривода по системе Г—Д с тиристорным возбудителем ТВ. Особенностью этой системы является реверсивный тиристорный возбудитель ТВ, питающий обмотку возбуждения ОВГ генератора Г. Ток возбуждения регулируется изменением величины угла отпирания тиристоров при помощи блока управления БУ, который получает управляющий сигнал от промежуточного усилителя ПУ.

В схемах новейших типов экскаваторов предусматривается питание обмоток возбуждения генератора от кремниевых управляемых преобразователей (система Г—Д с тиристорным возбудителем). В новом роторном экскаваторе ЭР-1250 предусмотрен двухдвигательный привод поворота по системе ТП—Д. Общий диапазон изменения скорости составляет 1 : 10, а рабочий диапазон —1:4. Эта система привода является наиболее перспективной.

Выпускаются генераторные станции (ГС) мощностью 100 и 200 кВт при 2400 и 8000 Гц, состоящие из одного или двух преобразователей типа ВПЧ, блока охлаждения, контакторного шкафа и шкафа управления генераторами. Станции ГС входят в состав индукционных закалочных установок ИЗ, а также служат для создания установок различного назначения. Аппаратура ГС обеспечивает пуск, подключение к нагрузке, защиту и автоматическую стабилизацию напряжения генератора. Возбуждение генераторов производится тиристорным возбудителем ВТ-20 (ток до 20 А, напряжение до 200 В). Аналогичная аппаратура разработана для создания систем индивидуального или централизованного питания с преобразователями ОПЧ [41, 46]. Наличие комплектных шкафов позволяет легко создавать станции различного назначения и мощности.

Простейшая принципиальная схема с тиристорным возбудителем для привода сравнительно малой мощности приведена-на 11.16. В ней использован тиристорный преобразователь ТП, выполненный по трехфазной нулевой схеме выпрямления. Перед пуском двигателя необходимо

11,16. Принципиальная схема синхронного электропривода с тиристорным возбудителем.

В настоящее время наибольшее распространение по' лучили схемы электроприводов экскаваторов на постоянном токе и только некоторые экскаваторы имеют электроприводы на переменном токе (Э-504, Э-753, Э-1103, Э-2001). Электроприводы на постоянном токе выполнялись и выполняются по следующим основным схемам: а) «генератор с трехобмоточным возбудителем — двигатель»; б) «генератор с возбуждением от ЭМУ — двигатель»; в) «генератор с возбуждением от магнитного усилителя с выпрямителем или с тиристорным возбудителем —двигатель»; г) «тиристорный преобразователь — двигатель» (ТП — Д). Для карьерных экскаваторов с емкостью ковша 4 и 8 м3 разработана серия экскаваторных тиристорных преобразователей типа КТП-Э на токи 100...1500 А и напряжения 400...700 В. Однако следует помнить, что при обычных схемах включения при естественной коммутации и малых частотах вращения элект-

В настоящее время наибольшее распространение по' лучили схемы электроприводов экскаваторов на постоянном токе и только некоторые экскаваторы имеют электроприводы на переменном токе (Э-504, Э-753, Э-1103, Э-2001). Электроприводы на постоянном токе выполнялись и выполняются по следующим основным схемам: а) «генератор с трехобмоточным возбудителем — двигатель»; б) «генератор с возбуждением от ЭМУ — двигатель»; в) «генератор с возбуждением от магнитного усилителя с выпрямителем или с тиристорным возбудителем —двигатель»; г) «тиристорный преобразователь — двигатель» (ТП — Д). Для карьерных экскаваторов с емкостью ковша 4 и 8 м3 разработана серия экскаваторных тиристорных преобразователей типа КТП-Э на токи 100...1500 А и напряжения 400...700 В. Однако следует помнить, что при обычных схемах включения при естественной коммутации и малых частотах вращения элект-

Шкафы возбуждения (ШВ). Разработано два типа шкафов для схем централизованного питания: ШВ-20 и ШВ-80 с тиристорным возбудителем ВТ-20 и ВТ-80 соответственно на ток 20 и 80 А. В каждом шкафу установлено по два возбудителя, из которых один рабочий, а второй резервный. Резервный может подключаться на ходу. Габариты (высота х ширина X глубина) мм: 2400 X 800 X X 800 мм.

На 11.7 изображена схема управления двигателем М обжимного стана с групповым приводом с тиристорным возбудителем

В рабочем состоянии напряжение со знаком « + » подключается к крайней области р-тяпа, а со знаком « —»— к крайней области и-типа. При таком включении тиристора крайние р-п-переходы окажутся смещенными в прямом направлении, а средний переход (общий коллектор)—в обратном. Крайние переходы будут инжектировать носители зарядов в центральную часть структуры, в результате в тиристоре будет протекать ток. Величина этого тока определяется потерями в центральной части тиристорной структуры и представляется суммарным коэффициентом по току

В открытом состоянии тиристор будет находиться до тех пор, пока за счет проходящего тока будет поддерживаться избыточный заряд в базах, необходимый для смещения коллекторного перехода в прямом направлении. Если же ток через тиристор уменьшить до некоторого значения, меньшего удерживающего тока /уд, то в результате рекомбинации и рассасывания уменьшится количество неравновесных носителей заряда в базовых областях тиристора, коллекторный переход окажется смещенным в обратном направлении, произойдет перераспределение падений напряжения на выпрямляющих переходах тиристорной структуры, уменьшится ин-жекция из эмиттерных областей и тиристор перейдет в закрытое состояние (см. 5.1). Таким образом, удерживающий ток тиристора — это минимальный ток, который необходим для поддержания тиристора в открытом состоянии.

где a=ai-f-ct2 — суммарный статический коэффициент передачи тока тиристорной структуры.

Выражение (5.3) представляет собой уравнение ВАХ диодного тиристора в закрытом состоянии. Напомним, что статический коэффициент передачи тока эмиттера транзистора растет с увеличением тока эмиттера в результате уменьшения влияния рекомбинации в эмиттерном переходе и появления электрического поля в базе из-за увеличения градиента концентрации носителей заряда. Коэффициент передачи тока эмиттера растет также с увеличением напряжения на коллекторном переходе в результате уменьшения толщины базы и увеличения коэффициента лавинного размножения в коллекторном переходе. Эти четыре физических фактора вызывают рост суммарного статического коэффициента передачи тока тиристорной структуры при увеличении напряжения и соответственно тока в закрытом состоянии тиристора.

а + /э(да/<Э/э). Таким образом, из (5.4) следует, что переключение тиристора из закрытого состояния в открытое должно произойти при условии равенства единице суммарного дифференциального коэффициента передачи тока тиристорной структуры, т. е.

В открытом состоянии значение суммарного коэффициента передачи тока тиристорной структуры превышает единицу, т. е. большая часть носителей заряда, инжектированных из эмиттер-ных областей, доходит до коллекторного перехода. Для открытого состояния при установившемся токе через диодный тиристор также должен сохраниться баланс токов. Поэтому необходимо предположить инжекцию дырок через коллекторный переход из р-базы в п-базу и инжекцию электронов в другом направлении ( 5.2,6). Это предположение, соответствующее смещению коллекторного перехода в прямом направлении, позволяет понять существование равенства полных потоков носителей заряда разных знаков во всех сечениях тиристорной структуры при установившемся режиме в открытом состоянии.

где а0 — суммарный дифференциальный коэффициент передачи тока тиристорной структуры при малых напряжениях, т. е. без учета лавинного размножения в коллекторном переходе. Отсюда напряжение включения диодного тиристора

электроду (дырок в тиристоре, структура которого показана на 5.11,6) база тиристора под эмиттерным переходом становится неэквипотенциальной и дальние от управляющего электрода части эмиттерного перехода остаются смещенными в прямом направлении. Инжекция электронов из этих частей эмиттерного перехода поддерживает соответствующую часть тиристорной структуры в открытом состоянии. Стремление же еще больше увеличить ток управляющего электрода путем увеличения напряжения на этом электроде может привести к лавинному пробою эмиттерного перехода (в нижней его части по 5.11), так как этот переход имеет обычно малое пробивное напряжение из-за большой концентрации примесей с обеих сторон перехода.

Во время процесса включения триодного тиристора с помощью тока управляющего электрода сначала в открытое состояние переходит только часть тиристорной структуры, расположенной непосредственно около управляющего электрода. Со временем открытое состояние распространяется на всю площадь структуры. Ясно, что при высокой скорости нарастания тока может произойти локальный разогрев структуры до температуры, превышающей максимально допустимую. Максимально допустимая скорость нарастания тока в открытом состоянии тиристора \dlonp/dt\max, при которой обеспечивается заданная надежность, может быть повышена в тиристорах с распределенным по всей площади управляющим электродом.

В точке В выходной ВАХ тиристора напряжение на центральном переходе Uni меняет знак (см. 3.6, в, г), переход П2 насыщается, тиристор переходит в открытое состояние (область 3 выходной ВАХ); результирующее падение напряжения на р-п переходах тиристорной структуры

На этапе установления включение тиристора определяется в основном процессом распространения области проводимости по площади структуры тиристора, а также влиянием неодномерных эффектов на усилительные свойства тиристорной структуры, при этом напряжение на тиристоре меняется по закону