电力动机控制的演变是受效率、精确性和可靠性需要影响而形成的。 在使现代变速驱动器成为可能的关键的半导体技术中,[ 电流器[ 突出其处理高电压和电流的能力,同时提供强力、成本效益高的控制。从简单的相角调节到复杂的三相软启动器,太极器仍然是工业动力速度控制系统的基石。本条探讨了以热电流为基础的电流控制电路的基础、操作原理、实际应用和未来前景。

撒叶派是什么?

胸腺素是一种四层、三层连接半导体装置,它起到二元交换的作用。它有三个终端:阳极、阴极和门。在正常的关节状态下,胸腺素会阻断前电压,直到门流触发它成为导电。一旦打开,只要阳极流超过最小的控电流,它就仍然被固定在导电状态中。这种再生的压电特征可以区分胸腺素和晶体管:它们可以在初始触发后以最小的门电源进行非常大电流。

运动速度控制中采用了几种胸腺变体:

  • 硅控制修正器(SCR)——最常见的胸腺元,用于AC和DC发动机驱动器的相控.
  • TRIC——一种双向的胸肌,可以双向进行,常见于简单的AC电动机速度控制器中,用于风扇和小泵.
  • Gate Turn ⁇ ff Thyristor (GTO) ] – 可以通过负门电流关闭;用于高功率反转电路.
  • 集成门电传动(IGCT) – 结合快速切换和高阻压,采用中压驱动器.

铁道家如何控制汽车速度

大多数AC诱导电动机和DC电动机都需要变压或变频来改变速度. Thyristors最适合通过控制每个AC周期内发射的相角来调节提供给电动机的RMS电压[. 这个技术被称为[相 角控制[或相控].

相控原则

在标准的AC波形中,电压从零升至峰值。通过将发射脉冲延到胸腺门,装置一直到半周期某个特定点为止。一旦触发,它就会运行到半周期的剩余时间。延迟角度(α)决定波形通过负载的比例。较小的延迟产生更大的平均电压;较大的延迟产生较低的平均电压。

发射角α与用于阻塞或导负载的RMS输出电压之间的关系是众所周知的。对于单相供电,RMS电压Vrms 横跨电动机的电压约为:

v ]rms =v in,rms ]x ⁇ (((2 ⁇ – 2α + 罪 2/α)/(4 ⁇ ))  (用于阻荷,忽略减值).

通过从0°到近180°的α位变化,电动机电压可以顺利从全速减速到近零,从而可以进行连续速度调整. 这种方法广泛应用于AC电动机软启动器和系列的 ⁇ -wund DC电动机风扇控制器中.

半径和全径控制

简单半导体电路使用一个带AC线的单个SCR系列。它们成本低廉,但引入了DC抵消和高谐波扭曲,使其仅适合小型低轴负载。全导体电路使用两个反平行(或TRIAC)的SCR来控制半半半半半半导体电波,提供更平滑的扭矩和减小的波纹。对于三台相电动机,三台相电动机(或六台相电图配置)用于独立控制每个相,一个常见的地貌,在三台相热电动机驱动器中。

触发电路

精确门触发对可靠的相控至关重要。 传统的模拟触发器使用RC相位转换网络或单相晶体管(UJT)放松振荡器在受控相延迟时产生脉冲。 现代数字执行器使用微控制器或专用相位控制IC(如TCA785、MOC3052),使射击脉冲与AC零相位交叉同步,并根据参考输入(Potentimero, 4–20 mA信号,或PWM指令)调整延迟。

对于高功率工业驱动器,高功率孤立的闸门驱动器(使用脉冲变压器或电线耦合器)保护低功率控制电子设备不受高功率电源级的影响。

托里托汽车控制的优点和局限性

以Thyristor'为基础的速度控制器提供了数种好处,这些好处持续了几十年:

  • 高效[——一旦触发,在 ⁇ 状态下电压下降率较低(典型的为1–2 V),功率损失最小.
  • 韧性与可靠性 – 胸腺动物可以承受大浪涌流和高交路温度.
  • Cost effeculity – 与基于IGBT的变量 频率驱动器(VFD)相比,简单的胸腺相位控制器对于固定 频率,可调节 电压应用来说是便宜的.
  • 伸缩性 –从小扇形三相机到大型IGCT堆积,用于兆瓦级发动机.

然而,胸腺节奏控制也有内在缺陷:

  • 谐波和电源质量 — — 相位控制切除AC波形,引入低音序谐波,可导致发动机加热和供给扭曲。 被动滤波器或线性反应堆往往需要。
  • 限速范围 –在极低的射击角度,由于电压降低和口腔含量高,扭矩变得差;速度调控不如VFD那样紧.
  • 没有再生制动 – 标准胸腺相位控制器不能将能量还原到线上,除非配置有反平行胸腺或外部制动阻力.
  • commutation requireds — 在AC电路中,胸腺动物自然在零 (线性折叠)时关闭,但在DC或强制 commutation应用中,需要额外的电路.

以Thyristor(基于Thyristor的)机动车速度控制的关键应用

各种工业和商业环境中都有Thyristor速度控制器,需要可调节速度,但VFD的全高精度可能没有必要。

上岗汽车软启动器

高强度负载,如传送带、压载器和压缩机,可以逐步使用SCR对来提升电压。 胸腺软启动器限制电流和机械冲击,延长设备寿命。一旦发动机达到全速,绕行接触器就会缩短SCR,消除电源散失。

扇形和泵速控制

许多HVAC系统使用三相或SCR风扇速度控制器来调节气流. 通过改变电动机电压,能耗比节流坝减少. 对于三相泵,三相SCR控制器提供所有阶段的按比例电压减速.

电梯和自动驱动器

DC电梯发动机历史上一直由SCR直升机或三相全桥转换器控制。 即使在今天,许多现代化项目也都用胸腺双转换器改造了老旧的Ward Leonard驱动器,提供了平滑的速度过渡和方向逆转。

工业机械

光栅、钻机和挤压器经常使用DC 发动机SCR驱动器,其速度范围很广(最高100:1),在维修人员熟悉离散部件的车间中,对胸腺控制器的简单性和可修复性予以重视。

与其他汽车速度控制技术的比较

几十年来,虽然贵族主宰了速度控制,但新技术却出现了。 了解贵族解决方案的优势所在和成果所在很有帮助。

Feature Thyristor Phase Control IGBT‑based VFD
Speed regulation Moderate (slip‑dependent for AC motors) Excellent (closed‑loop vector control)
Harmonic content High, especially at reduced speed Low, with multi‑level topologies
Torque at low speed Low, especially with AC induction motors High, with field‑oriented control
Cost per kW Low (simple circuits) Moderate to high
Energy efficiency Good at high speed, poor at low speed due to harmonics High across the speed range
Regenerative braking Complex (requires anti‑parallel converter) Inherent with active front end

对于许多恒功率或低功率应用来说,胸腺控制器仍然是一个实际的选择。 然而,在精确的速度调节、广泛节能和低谐波影响的情况下,现代的VFD现在占据了首要地位。

箭头技术的未来趋势

铁轨式正在演化以满足新的需求。 碳化硅(SiC)] 铁轨式和IGCTs保证更快的转换、更高的温度耐受度以及高功率转换器在可再生能源系统和电牵引方面的较低损失。 将铁轨式多层转换器(MMC)和IGBT分模块相结合的混合解决方案正在开发,用于超高功率的驱动器。 铁轨式的核心优势 — — 高增压能力和低导损失 — — 确保它们在成本、强性和简洁性超过极端动态性能需要的应用中保持相关性。

结论

半个多世纪以来,Thyristers一直是控制运动速度的可靠工作马。 他们能够用简单的门驱动电路处理大电位,这使得他们成为软启动器、风扇速度控制器和DC驱动系统的理想。 在许多情况下,基于IGBT的VFD等新技术提供了优异的性能,而Thyristers则在工业自动化方面继续发展并占据了宝贵的位置。 理解相控原则、Thyristers的优点和局限性以及它们出色的环境对于设计高效、高成本效益的发动机驱动系统来说是必不可少的。

进一步读作: 对于更深入地潜入到太极特性,请参考 All About Circuits – SCR Basics 和 Analog 设备 – 相控使用太极 . 实用设计指南见 Power Electronics – SCR相控应用.