Il ruolo dei Thyristors nei moderni circuiti di controllo della velocità del motore

L'evoluzione del controllo elettrico del motore è stata modellata dalla necessità di efficienza, precisione e affidabilità. Tra le tecnologie chiave dei semiconduttori che hanno permesso a moderni motori a velocità variabile, tiristori] spiccano per la loro capacità di gestire alte tensioni e correnti, offrendo un controllo robusto e conveniente.

Cos'è un Thyristor?

Un tiristor è un dispositivo semiconduttore a quattro strati, a tre incroci che funge da interruttore bistabile. Ha tre terminali: anodo, catodo e cancello. Nel suo normale stato di disimpegno, il tiristor blocca la tensione in avanti fino a quando un impulso corrente di cancello lo innesca in conduzione. Una volta acceso, rimane bloccato nello stato di conduzione fino a quando la corrente di anodo supera una corrente di riflusso minima.

Varie varianti di tiro sono utilizzate nel controllo della velocità del motore:

• Ricettore a controllo automatico (SCR)[ – il più comune tiristor, utilizzato per il controllo di fase nelle unità motori AC e DC.
• TRIAC[] – un tiristor bidirezionale che può condurre in entrambe le direzioni, comunemente usato in semplici regolatori di velocità AC per ventilatori e piccole pompe.
• Gate Turn‐Off Thyristor (GTO)[] – può essere spento da una corrente di cancello negativa; utilizzato in circuiti di inverter ad alta potenza.
• Tiristor Comunicato a cancello integrato (IGCT)[] – combina il rapido passaggio con alta tensione di bloccaggio, impiegato in unità di media tensione.

Come i Thyristors Controllo Velocità del motore

La maggior parte dei motori di induzione AC e dei motori DC richiedono una tensione variabile o una frequenza variabile per cambiare la velocità. I Thyristors sono ideali per regolare la tensione [RMS] fornita al motore controllando l'angolo di fase a cui sparano durante ogni ciclo AC. Questa tecnica è nota come controllo angolo di fase] o [Fse[Fse[F[F[Fse]

Principio di controllo della fase

In una forma d’onda AC standard, la tensione aumenta sinusoidale da zero a picco. Ritardando il polso di cottura al cancello del tiristor, il dispositivo rimane spento fino a un punto specifico nel mezzo ciclo. Una volta attivato, conduce per il resto del mezzo ciclo. L’angolo di ritardo (α) determina la proporzione della forma d’onda che passa al carico.

Il rapporto tra l'angolo di cottura α e la tensione di uscita RMS per un carico resistivo o induttivo è ben noto. Per un'alimentazione monofase, la tensione RMS []V[][]]]] attraverso il motore è approssimativamente:

V_]]] ] []] []]V[_]]]]] ] × √(2π – 2α + peccato 2α) / (4π)])]) & nbsp; (per un carico;

Variando α da quasi 0° a quasi 180°, la tensione del motore può essere ridotta senza intoppi da pieno a vicino zero, consentendo una regolazione continua della velocità. Questo metodo è ampiamente utilizzato in motori AC antipasti molli e in regolatori di ventole DC serie-wound.

Controllo di mezza lunghezza e Full-Wave

I circuiti semplici a mezza onda utilizzano un singolo SCR in serie con una sola linea AC, ma presentano una distorsione ad alta estensiva DC, rendendoli adatti solo a carichi piccoli e bassi. I circuiti a onda completa utilizzano due SCR in anti-parallele (o un TRIAC) per controllare entrambe le metà dell'onda di rete AC, fornendo un controllo più regolare della coppia di coppia di torsione e una riduzione della fase.

Circuiti di trivellazione

Il comando preciso di attivazione del cancello è essenziale per un controllo di fase affidabile. I trigger analogici tradizionali utilizzano una rete di spostamento di fase RC o un oscillatore di rilassamento del transistor (UJT) per generare impulsi in un ritardo di fase controllato.

Per le unità industriali ad alta potenza, i driver di cancello galvanizzati isolati (utilizzando trasformatori di impulso o optocoupler) proteggono l'elettronica di controllo a bassa tensione dalla fase di potenza ad alta tensione.

Vantaggi e limitazioni del controllo motori Thyristor

I controllori di velocità basati su Thyristor offrono diversi vantaggi che hanno sostenuto il loro utilizzo per decenni:

• Alta efficienza[[] – una volta attivato, la caduta della tensione in stato è bassa (tipicamente 1–2 V), riducendo la perdita di potenza.
• Raccoltezza e affidabilità[[] – i tiristori possono sopportare grandi correnti di sovratensione e alte temperature di giunzione.
• Cost-efficace[[] – rispetto alle unità a frequenza variabile basate su IGBT (VFD), i semplici controller di fase di tiro sono poco costosi per le applicazioni a frequenza fissa e a tensione regolabile.
• Scalability[] – da piccoli triacri a grandi pilastri IGCT per motori di classe megawatt.

Tuttavia, il controllo della velocità del tiristor ha anche intrinseci svantaggi:

• Armonica e qualità di potenza[[[[]] – il controllo di fase taglia la forma d'onda AC, introducendo armoniche di basso ordine che possono causare il riscaldamento del motore e la distorsione di alimentazione.
• L'intervallo di velocità modificato[[] – ad angoli di cottura molto bassi, la coppia diventa povera a causa di una tensione ridotta e di un alto contenuto armonico; la regolazione della velocità non è così stretta come con i VFD.
• Non frenare rigenerativo[[] – i regolatori di fase del tiristor standard non possono restituire energia alla linea a meno che non configurati con i tiristori antiparalleli o resistenze di frenata esterne.
• Requisiti di commutazione[] – nei circuiti AC, il tiristor si spegne naturalmente al cross-zero (comutazione lineare), ma nelle applicazioni di commutazione DC o forzata, è necessario un circuito aggiuntivo.

Applicazioni chiave del controllo della velocità del motore basato su Thyristor

I controllori di velocità Thyristor si trovano in una vasta gamma di ambienti industriali e commerciali in cui è richiesta una velocità regolabile, ma la completa raffinatezza di un VFD potrebbe essere inutile.

Avviamento morbido per motori ad induzione

I carichi ad alta intensità diinerzia come nastri trasportatori, frantoi e compressori beneficiano di un'accelerazione graduale delle tensioni con le coppie SCR. Un antipasto morbido tiristor limita la corrente inerpicata e lo shock meccanico, prolungando la durata dell'attrezzatura.

Controllo velocità del ventilatore e della pompa

Molti sistemi HVAC utilizzano controller di velocità triac o SCR per regolare il flusso d'aria. Variando la tensione del motore, il consumo energetico viene ridotto rispetto a serrande di erogazione.Per pompe trifase, i controller SCR trifase forniscono una riduzione della tensione proporzionale in tutte le fasi.

Ascensore e sollevatori

I motori per ascensori DC sono stati storicamente controllati da elicottero SCR o convertitori full-bridge trifase. Ancora oggi, molti progetti di modernizzazione si adattano alle vecchie unità Ward‐Leonard con convertitori dual tiristor, offrendo una transizione di velocità fluida e un'inversione di direzione.

Macchine per l'industria

Torni, frese e estrusi spesso impiegano motori DC SCR per un ampio range di velocità (fino a 100:1).La semplicità e la riparabilità dei regolatori di tiristor sono apprezzate in laboratori dove il personale di manutenzione ha familiarità con componenti discreti.

Confronto con altre tecnologie di controllo della velocità del motore

Mentre i tiristori dominavano il controllo della velocità per decenni, sono emersi tecnologie più recenti, è utile capire dove le soluzioni di tiristoro ancora eccelleno e dove producono terreno.

Per molte applicazioni a bassa potenza o a velocità costante, i controller di tiro continuano ad essere una scelta pratica, ma, dove prevalgono ora i moderni VFD, i risparmi energetici su una vasta gamma e l'impatto armonico basso.

Tendenze future nella tecnologia Thyristor

I tiristori si stanno evolvendo per soddisfare nuove esigenze. I tiristori e IGCT promettono un rapido commutamento, una maggiore tolleranza alla temperatura e minori perdite per i convertitori ad alta potenza nei sistemi di energia rinnovabile e nella trazione elettrica. Le soluzioni ibride che combinano i convertitori multilivello modulari a base di tiristor (MMC) con i sottomoduli ad alta potenza sono sviluppate