DC вентилни преобразуватели

Клапанните преобразуватели на постоянен ток се използват за захранване на намотките на полето и на котвата на електродвигатели с постоянен ток в случай, че се изисква широк диапазон на регулиране на скоростта и високо качество на преходните режими на електрическото задвижване.

За тези потребители силовите вериги на вентилните преобразуватели могат да бъдат: нулева или мостова, еднофазна или трифазна. Изборът на една или друга верига на преобразувател трябва да изхожда от:

• осигуряване на допустимо вълнение в коригираната крива волтаж,

• ограничаване на броя и величината на по -висока хармоника Променливо напрежение,

• високо използване на силов трансформатор.

Добре известно е, че пулсиращото коригирано напрежение на преобразувателя създава пулсиращ ток в двигателя, което нарушава нормалната комутация на двигателя. Освен това вълните на напрежението причиняват допълнителни загуби в двигателя, което води до необходимостта от надценяване на неговата мощност.

Подобряване на комутацията и намаляване на загубите в електродвигателя може да се постигне или чрез увеличаване на броя на фазите на токоизправителя, или чрез въвеждане на изглаждаща индуктивност, или чрез конструктивно подобряване на двигателя.

Ако преобразувателят е проектиран да захранва арматурната верига на двигателя с ниска индуктивност, неговите най-рационални силови вериги са трифазни: двойна трифазна нула с реактор за пренапрежение, мост (фиг. 1).

Ориз. 1. Захранващи вериги на трифазни тиристорни преобразуватели: a — двойна трифазна нула с изравняващ реактор, b — мост

За захранване на полеви намотки DC двигателисъс значителна индуктивност, силовите вериги на вентилните преобразуватели могат да бъдат както трифазни нулеви, така и мостови еднофазни или трифазни (фиг. 2).

Ориз. 2. Схеми на тиристорни токоизправители за захранване на намотките на полето: a-трифазна нула, b-еднофазен мост, c-трифазен полууправляем паваж

От трифазните коригиращи вериги най-широко разпространен е трифазният мост (фиг. 1, б). Предимствата на тази схема за коригиране са: високо използване съвпадащ трифазен трансформатор, най-малката стойност на обратното напрежение на клапаните.

За електрически задвижвания с голяма мощност намаляването на вълната на коригираното напрежение се постига чрез паралелно или последователно свързване на токоизправителни мостове. В този случай токоизправителните мостове се захранват или от един трансформатор с три намотки, или от два трансформатора с две намотки.

В първия случай първичната намотка на трансформатора е свързана «звезда», а вторичната — в «звездата», другата — в «триъгълника». Във втория случай един от трансформаторите е свързан съгласно схемата «звезда-звезда», а втората-по схемата «триъгълник-звезда».

Поради факта, че първичните или вторичните намотки на трансформаторите имат различни схеми на свързване, коригираното напрежение на един мост ще има вълни, които са фазово изместени под ъгъл спрямо вълните на коригираното напрежение на другия мост. В резултат на това общото коригирано напрежение на котвата на двигателя ще има пулсации, чиято честота е 2 пъти по -висока от честотата на вълните на всеки мост.Уравнението на моментните стойности на коригираните напрежения успоредно на свързаните мостове се извършва от изравнителен реактор. Когато токоизправителните мостове са свързани последователно, веригата работи по подобен начин.

За да се намали броят на управляемите клапани, се използват полурегулирани или единични мостови вериги за коригиране. В този случай половината от моста, например катодната група, се контролира, а анодната половина е неконтролирана, т.е. сглобена на диоди (виж фиг. 2, в).

Всички горепосочени силови вериги на преобразувателите са необратими, тъй като осигуряват потока на тока в товара само в една посока. Преходът от необратима верига към реверсивна може да се извърши или чрез използване на реверсор на контакти, или чрез инсталиране на два комплекта токоизправители. Такива токоизправители са направени антипаралелно (фиг. 3) или кръстосани (фиг. 4) схеми.

В антипаралелна верига и двата моста U1 и U2 (виж фиг. 3) се захранват от общата намотка на трансформатора и са свързани противоположно и успоредно един на друг. В кръстосана верига всеки мост се захранва от отделна намотка и кросоувър, свързани към товара.

Ориз. 3. Схема на антипаралелна връзка преобразуватели

Ориз. 4. Схема на кръстосано свързване на преобразуватели

Управлението на мостовите клапани на двукомпонентни реверсивни преобразуватели може да бъде отделно или съвместно. При отделно управление контролните импулси се подават към клапаните само на моста, който в момента работи, и осигурява желаната посока на тока във веригата на натоварване. В същото време клапаните на другия мост са заключени.

При съвместно управление контролните импулси се подават към клапаните на двата моста едновременно, независимо от посоката на тока в товара. Следователно с това управление един от мостовете работи в токоизправител, а другият е подготвен за инверторен режим. От своя страна съвместното управление може да бъде последователно и непоследователно.

При координирано управление се подават управляващи импулси клапани на двата моста, така че средните стойности на коригираното напрежение y последните бяха равни. В случай на непоследователно управление е необходимо средното коригирано напрежение на моста, работещ в инвертора режим (инверторна група клапани) надвишава напрежението на моста, работещ в режим на токоизправител (токоизправителна група клапани).

Работата на реверсивни вериги със съвместно управление се характеризира с наличието на изравнителен ток в затворен контур, образуван от груповите клапани и намотките на трансформатора, който се появява поради неравенството на моментните стойности на груповите напрежения през цялото време . За да се ограничи последното, в схемите се въвеждат изравняващи дросели L1 — L4 (виж фиг. 3).

Предимствата на съвместното координирано управление са простотата, готовността за преминаване от един режим към друг, недвусмислени статични характеристики, липса на режим на прекъсващ ток дори при ниски натоварвания. С това управление обаче във веригата протичат големи изравняващи токове.

Веригите с несравнимо управление имат по -малки размери дросели, отколкото при съвпадащо управление. При такова управление обаче обхватът на допустимите ъгли на управление намалява, което води до недостатъчно използване на трансформатора и до намаляване на коефициента на мощност.

Горните недостатъци са лишени от веригата на преобразувателя с отделен контрол. Този метод на управление елиминира напълно изравнителни токове, тъй като в този случай захранването на управляващи импулси се извършва само за работна група клапани. Следователно няма необходимостта от изравняване на дросели и като цяло мощност на трансформатора, тъй като токоизправителната група може да се отвори с нула стойността на ъгъла на регулиране.