Тиристорни DC / DC преобразуватели

Тиристорен DC / DC преобразувател (DC) е устройство за преобразуване на променлив ток в постоянен ток с регулиране съгласно даден закон на изходните параметри (ток и напрежение). Тиристорните преобразуватели са предназначени за захранване на арматурните вериги на двигателите и техните полеви намотки.

Тиристорните преобразуватели се състоят от следните основни единици:

• трансформатор или ограничаващ тока реактор от страната на AC,

• токоизправителни блокове,

• изглаждащи реактори,

• елементи на системата за управление, защита и сигнализация.

Трансформаторът съответства на входното и изходното напрежение на преобразувателя и (както и ограничаващия тока реактор) ограничава тока на късо съединение във входните вериги. Изглаждащите реактори са проектирани да изглаждат пулсациите на коригираното напрежение и ток. Реакторите не се предоставят, ако индуктивността на натоварването е достатъчна, за да ограничи пулсациите в рамките на определени граници.

Използването на тиристорни DC-DC преобразуватели позволява да се реализират практически същите характеристики на електрическо задвижване, както при използване на въртящи се преобразуватели в генераторно-двигателни системи (D — D), тоест за регулиране на скоростта и въртящия момент на двигателя в широк диапазон, за получаване на специални механични характеристики и желания характер на преходните процеси при стартиране, спиране, заден ход и т.н.

Въпреки това, в сравнение с въртящите се статични преобразуватели, те имат редица известни предимства, поради което статичните преобразуватели са предпочитани в новите разработки на кранови електрически задвижвания. Тиристорните DC-DC преобразуватели са най-обещаващите за използване в електрически задвижвания на кранови механизми с мощност над 50-100 kW и механизми, където се изисква получаване на специални характеристики на задвижването в статични и динамични режими.

Ректификационни схеми, принципи на изграждане на силови вериги на преобразуватели

Тиристорните преобразуватели са направени с еднофазни и многофазни коригиращи вериги… Има няколко проектни съотношения за основните схеми за коригиране. Една от тези схеми е показана на фиг. 1, а. Регулиране на напрежението Уа и ток Ia произведени чрез промяна на ъгъла на управление α… На фиг. 1, b-e, например, е показан характерът на промяната на токовете и напреженията в трифазна нулева коригираща верига с активно-индуктивен товар

Ориз. 1. Трифазна нулева верига (а) и диаграми на промени в тока и напрежението в режимите на токоизправител (b, c) и инвертор (d, e).

Ъгълът е показан на диаграмите γ (ъгъл на превключване), характеризира периода от време, през който токът протича едновременно през два тиристора. Зависимост на средната стойност на коригираното напрежение Уа от ъгъла на регулиране α нарича контролна характеристика.

За нулеви вериги средното коригирано напрежение се определя от израза

където м — броя на фазите на вторичната намотка на трансформатора; U2f е ефективната стойност на фазовото напрежение на вторичната намотка на трансформатора.

За мостови вериги Удо 2 пъти по -висока, тъй като тези вериги са еквивалентни на последователно свързване на две нулеви вериги.

Еднофазни вериги за коригиране се използват, като правило, в схеми със сравнително големи индуктивни съпротивления.Това са вериги от независими възбуждащи намотки на двигатели, както и арматурни вериги на двигатели с ниска мощност (до 10-15 kW). Многофазните вериги се използват главно за леене на арматурни вериги на двигатели с мощност над 15–20 kW и по -рядко за захранване на намотките на полето. В сравнение с еднофазните, многофазните токоизправителни вериги имат редица предимства. Основните са: по -ниска пулсация на коригираното напрежение и ток, по -добро използване на трансформатора и тиристорите, симетрично натоварване на фазите на захранващата мрежа.

В тиристорни DC-DC преобразуватели, предназначени за кранови задвижвания с мощност над 20 kW, използването на трифазна мостова верига… Това се дължи на доброто използване на трансформатора и тиристорите, ниското ниво на пулсации на коригираното напрежение и ток, както и простотата на веригата и дизайна на трансформатора. Добре известно предимство на трифазна мостова верига е, че тя може да бъде направена не с трансформаторна връзка, а с ограничаващ тока реактор, чиито размери са значително по-малки от размерите на трансформатора.

В трифазна нулева верига, условията за използване на трансформатора с често използвани групи за свързване Д / Д и Δ / Y по -лошо поради наличието на постоянен компонент на потока. Това води до увеличаване на напречното сечение на магнитната верига и съответно проектната мощност на трансформатора. За да се елиминира постоянният компонент на потока, се използва зигзагообразно свързване на вторичните намотки на трансформатора, което също донякъде увеличава проектната мощност. Повишеното ниво, пулсации на коригираното напрежение, заедно с недостатъка, отбелязан по-горе, ограничава използването на трифазна нулева верига.

Шестофазна верига с изравнителен реактор е препоръчителна, когато се използва за ниско напрежение и висок ток, тъй като в тази верига токът на натоварване протича паралелно, а не последователно през два диода, както в трифазна мостова верига. Недостатъкът на тази верига е наличието на изравнителен реактор с типична мощност около 70% от коригираната номинална мощност. В допълнение, доста сложен дизайн на трансформатора се използва в шестфазни вериги.

Токоизправителните схеми, базирани на тиристори, осигуряват работа в два режима — токоизправител и инвертор. При работа в инверторен режим енергията от натоварващата верига се прехвърля към захранващата мрежа, тоест в обратна посока в сравнение с режима на токоизправителя, следователно при инвертиране токът и e. и т.н. с. намотките на трансформатора са насочени противоположно, а при изправяне — съгласно. Източникът на ток в инвертиращ режим е e. и т.н. с. натоварване (DC машини, индуктивност), което трябва да надвишава напрежението на инвертора.

Прехвърлянето на тиристорния преобразувател от изправителния режим в инверторен се постига чрез промяна на полярността на e. и т.н. с. увеличаване на натоварването и ъгъла α по -горе π / 2 с индуктивен товар.

Ориз. 2. Противопаралелна верига за включване на групи клапани. УР1 — УР4 — изравняващи реактори; RT — реактор с ограничение на тока; CP — изглаждащ реактор.

Ориз. 3. Схема на необратимо ТП за вериги на възбуждащи намотки на двигатели. За да се осигури режим на инверсия, е необходимо следващият затварящ тиристор да има време да възстанови блокиращите си свойства, докато върху него има отрицателно напрежение, тоест в ъгъла φ (Фиг. 1, в).

Ако това не се случи, тогава затварящият тиристор може да се отвори отново, тъй като към него се прилага напрежение напред. Това ще доведе до преобръщане на инвертора, при което ще възникне авариен ток, тъй като напр. и т.н. с. DC машините и трансформаторът ще съвпадат по посока. За да се избегне преобръщане, е необходимо условието

където δ — ъгълът на възстановяване на заключващите свойства на тиристора; β = π — α Това е водещият ъгъл на инвертора.

Захранващите вериги на тиристорни преобразуватели, предназначени за захранване на арматурните вериги на двигатели, са направени както в необратими (една токоизправителна група на тиристори), така и в обратими (две изправителни групи) версии. Необратимите версии на тиристорни преобразуватели, осигуряващи еднопосочна проводимост, позволяват работа в моторни и генераторни режими само в една посока на въртящия момент на двигателя.

За да се промени посоката на момента, е необходимо или да се промени посоката на тока на котвата с постоянна посока на полевия поток, или да се промени посоката на полевия поток, като се запази посоката на тока на котвата.

Обратимите тиристорни преобразуватели имат няколко типа схеми на силови вериги. Най-разпространена е схемата с антипаралелно свързване на две групи клапани към една вторична намотка на трансформатора (фиг. 2). Такава схема може да бъде изпълнена без отделен трансформатор с захранване на тиристорни групи от обща променлива мрежа чрез анодни ограничители на ток реактори RT. Преходът към реакторната версия значително намалява размера на тиристорния преобразувател и намалява цената му.

Тиристорните преобразуватели за вериги с намотки на моторни полета са направени главно в необратима конструкция. На фиг. 3, а показва една от използваните вериги за превключване на токоизправителя. Веригата ви позволява да променяте тока на възбуждане на двигателя в широк диапазон. Минималната стойност на тока възниква, когато тиристорите T1 и T2 са затворени, а максималната, когато са отворени. На фиг. 3, b, d показва естеството на промяната в коригираното напрежение за тези две състояния на тиристори, а на фиг. 3, в за състоянието кога

Методи за управление на обратими тиристорни преобразуватели

В обратимите тиристорни преобразуватели има два основни начина за управление на клапанните групи — съвместни и отделни. От своя страна съвместното управление се извършва последователно и непоследователно.

С координирано управление стрелбата импулсира тиристори се подават към двете групи клапани по такъв начин, че средните стойности на коригираното напрежение за двете групи да са равни една на друга. Това е предоставено при условие

където ав и аи — ъглите на регулиране на групите токоизправители и инвертори. В случай на непоследователно управление, средното напрежение на инверторната група надвишава напрежението на токоизправителната група. Това се постига при условие, че

Мигновената стойност на груповите напрежения със съвместно управление не са равни една на друга по всяко време, в резултат на което в затворен контур (или вериги), образуван от тиристорни групи и намотки на трансформатора, тече изравнителен ток, за да се ограничи кое изравняване реактори UR1-UR4 са включени в тиристорния преобразувател (виж фиг. 1).

Реакторите са свързани към изравняващия токов контур, един или два на група, а тяхната индуктивност е избрана така, че изравняващият ток да не надвишава 10% от номиналния ток на натоварване. Когато реакторите с ограничение на тока са включени, два на група, те се насищат, когато тече токът на натоварване. Например, по време на работа на група В, реакторите UR1 и UR2 са наситени, докато реакторите URZ и UR4 остават ненаситени и ограничават изравняващия ток. Ако реакторите са включени, по един на група (UR1 и URZ), те не са наситени, когато тече товарният товар.

Преобразувателите с непоследователно управление имат по -малки размери на реакторите, отколкото с координирано управление. При непоследователно управление обаче обхватът на допустимите ъгли на управление намалява, което води до по -лошо използване на трансформатора и намаляване на коефициента на мощност на инсталацията.В същото време се нарушава линейността на характеристиките на управление и скорост на електрическото задвижване. За пълно елиминиране на изравняващите токове се използва отделно управление на групи клапани.

Отделното управление се състои в това, че контролните импулси се прилагат само към групата, която трябва да работи в момента. Контролните импулси не се подават към клапаните на групата на празен ход. За да промените режима на работа на тиристорния преобразувател, се използва специално превключващо устройство, което, когато токът на тиристорния преобразувател е нулев, първо премахва управляващите импулси от предишната работна група, а след това, след кратка пауза (5- 10 ms), изпраща контролни импулси към другата група.

При отделно управление няма нужда от включване на изравнителни реактори във веригата на отделни групи клапани, трансформаторът може да се използва напълно, вероятността от преобръщане на инвертора поради намаляване на времето за работа на тиристорния преобразувател в режим на инвертор е намалени, загубите на енергия се намаляват и съответно ефективността на електрическото задвижване се увеличава поради липсата на изравняващи токове. Отделното управление обаче поставя високи изисквания към надеждността на устройствата за блокиране на управляващи импулси.

Неизправността в работата на блокиращи устройства и появата на управляващи импулси върху неработеща тиристорна група водят до вътрешно късо съединение в тиристорния преобразувател, тъй като изравнителният ток между групите в този случай е ограничен само от реактивното съпротивление на намотките на трансформатора и достига неприемливо голяма стойност.