Usmerňovacie jednotky pre trakčné rozvodne
Polovodičový usmerňovač, v závislosti od prijatého usmerňovacieho obvodu a spojovacieho obvodu výkonového transformátora, môže byť zahrnutý do mostíkového alebo neutrálneho obvodu.
Usmerňovacie jednotky pre trakčné meniarne mestskej električkovej dopravy VAK-1000/600-N, VAK-2000/600-N a VAK-3000/600-N. Označenia typov jednotiek sú dešifrované nasledovne: usmerňovač s kremíkovým ventilovým usmerňovačom, pre menovitý usmernený prúd 1000, 2000 alebo 3000 A, menovité usmernené napätie 600 V, pracujúci v súlade s nulovým obvodom.
Jednotka pozostáva z výkonového transformátora, usmerňovača, riadiacej skrine, ochranných skríň alebo panelov a vysokorýchlostného katódového spínača.
Usmerňovače podľa typov usmerňovačov sú označené ako BVK-1000/600-N, BVK-2000/600-N a BVK-3000/600-N, čo znamená: kremíkový usmerňovač pre menovitý usmernený prúd 1000, 2000 alebo 3000 A, nominálny usmernený napätie 600 V pracujúce na neutrálnom obvode.
Každá fáza alebo rameno usmerňovacej jednotky pozostáva z ventilov zapojených paralelne a sériovo.
Paralelné zapojenie ventilov sa používa vtedy, keď menovitý prúd fázy alebo ramena prevyšuje menovitý prúd jednotlivých ventilov.
Sériové zapojenie ventilov sa používa na zabezpečenie dielektrickej pevnosti fázy alebo ramena v nevodivej časti periódy, kedy je na fázu privedené spätné napätie.
Počet ventilov zapojených paralelne vo fáze alebo vetve n1 sa určuje na základe toho, že prúd fázy alebo vetvy Ia usmerňovača musí byť menší ako celkový menovitý prúd paralelne zapojených ventilov.
kde Ki – faktor bezpečnostného prúdu rovnajúci sa 1,35-1,8.
Pri paralelnom zapojení ventilov sa prúd medzi nimi rozdeľuje nerovnomerne, čo vedie k prehrievaniu a rýchlejšiemu zlyhaniu silnoprúdových ventilov a nedostatočnému využitiu prúdových ventilov. Nerovnomerné rozloženie prúdu medzi paralelne zapojenými ventilmi je spôsobené tým, že ventily sa v praxi od seba trochu líšia svojimi priamymi vetvami prúdovo-napäťových charakteristík a tepelnými odpormi.
Na vyrovnanie prúdu medzi paralelne zapojenými ventilmi možno použiť ohmické odpory zapojené do série s ventilmi alebo indukčné rozdeľovače prúdu.
Ryža. 1. Schéma deliča indukčného prúdu pre dva paralelne zapojené ventily: If — fázový prúd, I2v, I1v — prúd ventilom
Ryža. 2. Schéma indukčného deliča prúdu pre tri paralelne zapojené ventily
Ohmické odpory zapojené do série s ventilmi sa zriedka používajú kvôli vzniku dodatočných strát a zníženiu účinnosti usmerňovača.
Vo vysokovýkonných inštaláciách sa zvyčajne používajú rozdeľovače indukčného prúdu.
Na obr.1 je znázornená schéma indukčného deliča prúdu pre dva paralelne zapojené ventily. Separátor pozostáva z oceľového jadra, na ktorom sú navinuté dve rovnaké cievky, spojené tak, že nimi generované magnetické toky sú opačného smeru.
Pri nerovnomernosti prúdu v paralelných vetvách vzniká v jadre výsledný magnetický tok, ktorý vytvára dodatočný úbytok napätia vo vinutí s menším prúdom, čím sa dosiahne vyrovnanie prúdu vo vinutiach a v paralelne zapojených ventiloch. Na vyrovnanie prúdu v paralelných ventiloch je potrebné malé množstvo e. takže deliace vinutia pozostávajú z malého počtu závitov.
Na obr. 2 je znázornená schéma indukčného deliča prúdu pre tri paralelne zapojené ventily. Rozdeľovač pozostáva z trojtyčového magnetického jadra s dvoma cievkami na každom páse. Každý z paralelne zapojených ventilov je pripojený k fáze cez dve sériovo zapojené cievky umiestnené na rôznych tyčiach. Keď sa prúd zvyšuje v jednej paralelnej vetve, indukuje sa ďalšie e. atď. v ďalších dvoch vetvách, čím sa vyrovná prúd vo vinutiach deliča a ventilov.
Rozdeľovače sa realizujú rovnakým spôsobom s väčším počtom paralelne zapojených brán. Počet ventilov zapojených do série v každej vetve alebo fáze sa volí tak, aby celkové menovité spätné napätie všetkých ventilov zapojených v sérii bolo väčšie ako maximálne spätné napätie aplikované na rameno alebo fázu s vybraným korekčným obvodom (most alebo nula)
kde Σrev.vent je súčet nominálnych reverzných sériovo zapojených ventilov, max je maximálne reverzné napätie na fázu alebo rameno pre daný obvod usmerňovača, Ki je napäťový bezpečnostný faktor rovný 1,45-1,8.
Preto bude počet brán zapojených v sérii n2
Počet lavínových ventilov zapojených do série je zvolený rovný
Aby sa zabezpečilo rovnomerné rozloženie spätného napätia medzi sériovo zapojené ventily, paralelne k ventilom je zapojený reťazec sériovo zapojených bočníkových odporov RШ s rovnakými odpormi, ktoré slúžia ako delič napätia. Hodnota odporu bočných rezistorov RШ sa volí v závislosti od triedy a počtu sériovo zapojených ventilov v rozsahu 1,5-5 kΩ.
Nerovnomernosť rozloženia prúdu pozdĺž paralelných vetiev fázy alebo ramena by nemala presiahnuť ± 5 % priemerného meraného prúdu v paralelnej vetve a pri zaťažovacom prúde nad 100 % nominálneho režimu by mal skratový prúd nepresiahne ± 10 %. Nerovnomerné rozloženie spätných napätí vo ventiloch nesmie presiahnuť ± 10 % priemerného prevádzkového spätného napätia aplikovaného na ventil.
Na obr. 3 je znázornená schéma zapojenia jednej fázy usmerňovacej jednotky BVK-1000/600-N.
Usmerňovače BVK s nelavínovými ventilmi sú vyrobené z výroby so skriňami AC prepäťovej ochrany a odstránenými živými stranami.
Prepäťovú ochranu na striedavej strane týchto usmerňovačov tvoria kondenzátory C1 a odpory R1 zapojené do hviezdy alebo trojuholníka, ktoré sú spojené s fázami sekundárneho vinutia transformátora (obr. 4).
Ryža. 3.Schéma zapojenia jednej fázy BBK-1000/600-N
Ryža. 4. Schéma usmerňovacieho bloku VAK s prepäťovou ochranou
Táto ochrana využíva kondenzátory KM-2-3,15 s kapacitou 7,5-8 mikrofaradov, odpory PE-150 s výkonom 150 W a odporom 5 ohmov a poistky PK-3 s poistkou 7,5 ampérov.
Ochranu proti spínacím prepätiam na strane usmerneného prúdu zabezpečujú dva paralelne zapojené kondenzátory C2 IM-5-150, s kapacitou 150 mikrofarád. S nimi sú sériovo zapojené dva 5 ohmové odpory R2. Kondenzátory s odpormi sú zapojené medzi kladný a záporný pól usmerňovacej jednotky cez poistku PK-3 s poistkou 50 A.
Ryža. 5. Obvod prepäťovej ochrany na strane vinutia transformátora a usmernený prúd
Prepätie v prípojniciach jednosmerného rozvádzača, keď vysokorýchlostný spínač odpojí skratové prúdy na vedení, nepresiahne 2 kV, t.j. neprekročí dielektrickú pevnosť sériového obvodu ventilov. Ventily však môžu byť ovplyvnené rázmi vznikajúcimi v dôsledku pridania rázov, keď sú skratové prúdy vo vedení vypnuté vysokorýchlostnými spínačmi s rázmi zo spínacích prúdov v samotných ventiloch.
Na ochranu polovodičových usmerňovačov pred prepätím sa odporúča zapojenie s použitím zvodičov a kondenzátorov (obr. 5). Obmedzovače RV1-00 sú namontované na ventilovej strane transformátora, vrátane jedného medzi každou fázou a neutrálnou alebo zápornou svorkou transformátora.Vzhľadom na to, že obmedzovače sa spúšťajú na dobu 2 až 20 μs a prepätia sa objavujú v zlomkoch mikrosekúnd, je potrebné paralelne s obmedzovačmi inštalovať kapacity 0,5 μF. Kapacity sú pripojené k cievkam ventilov cez poistky PK-3.
Na strane usmerneného prúdu medzi kladným a záporným pólom sa zapínajú lavínové ventily s celkovým lavínovým napätím 900 — 1000 V. Na kladnú zbernicu sú ventily pripojené cez poistky PC-3. Konštrukčne je touto ochranou getinaxový panel s poistkou, dvoma lavínovými ventilmi VL-200 a dvoma namontovanými odpormi. Panel je inštalovaný v klietke s katódovým spínačom. Na obr. 6 je rozmerový pohľad na panel bočnej prepäťovej ochrany s usmerneným prúdom.
Na ochranu pred atmosférickým prepätím sa odporúča inštalovať svorkovnice na kladný (trolejové vedenie aj záporný) pól nadzemného vedenia.
Vzhľadom na to, že lavínovými ventilmi môžu krátkodobo prechádzať významné prúdy v opačnom smere, zapojené paralelne s ventilmi, nemusia byť inštalované obvody RШ a R — C. Usmerňovacie bloky BVKL preto nemajú obvody R — C, čo zjednodušuje blokovú schému. Pre zabezpečenie správnej činnosti bol však v usmerňovacích blokoch s lavínovými ventilmi zachovaný aj obvod na sledovanie stavu ventilov okruhu RSh.
Ryža. 6. Panel prepäťovej ochrany na strane usmerneného prúdu: a — pohľad spredu, b — pohľad zhora, 1 — odpory, 2 — lavínové ventily, 3 — poistka PK -3
Kontrola stavu ventilov sa vykonáva špecifikovaním relé (zmiešavačov) pripojených k stredom paralelných vetiev ventilov každej fázy alebo ramena, ktoré majú rovnaký potenciál (alebo veľmi malý rozdiel potenciálov v dôsledku rozdielov). v charakteristikách ventilov).
V prípade poruchy ventilu na ktoromkoľvek ramene paralelnej ventilovej vetvy v dôsledku zmeny odporu tohto ramena vzniká medzi miestami pripojenia mixérov potenciálny rozdiel, ktorý postačuje na to, aby mixér fungoval a uzavrel Kontakty.
Kontakt zmiešavača uzavrie obvod každého sekundárneho vinutia transformátora signálu TC, čím spôsobí zmenu magnetického toku v magnetickom obvode a uvedie do činnosti ochranné relé, ktoré následne uzavrie obvod pred signálom alebo vypne usmerňovaciu jednotku. Signálny transformátor súčasne izoluje kontakty hasiaceho prístroja od 220 V obvodov.
Panel ovládacej skrine vedľa mixérov zobrazuje čísla fáz a paralelných okruhov, medzi ktorými sú mixéry zapojené. Spadnutý príznak na zhášači indikuje, v ktorom okruhu treba hľadať poruchy.
Usmerňovače sú vyrobené vo forme rámových kovových skríň s dvojitými dverami, prednými a zadnými dverami a odnímateľnými bočnými stenami. Vo vnútri skriniek sú namontované odnímateľné panely z izolačného materiálu, na ktorých sú pripevnené ventily s chladičmi. Ku každému panelu sú pripojené ventily jedného sériového okruhu.
Aby sa zabezpečila väčšia dielektrická pevnosť usmerňovacej jednotky, aby sa znížila možnosť prekrývania medzi ventilmi alebo ich vzduchovými chladičmi, ventilové panely v skrini sú umiestnené tak, aby medzi nimi bol čo najmenší potenciálny rozdiel.
Vo vnútri skrine sú na jednej strane AC prípojnice, ku ktorým sú cez prúdové rozdeľovače pripojené paralelné ventilové vetvy. Prívod anódových vodičov z transformátora na prípojnice je možné vykonať zdola aj zhora.Na druhej strane je katódový pás s bočníkom. Puzdro usmerňovača je inštalované tak, že je možné ho obsluhovať nielen spredu a zozadu, ale aj zboku.
Na vrchu skrine je namontovaný ventilátor, ktorý vytvára prúdenie chladiaceho vzduchu zdola nahor. Na kryte ventilátora je namontované vzduchové relé, ktoré riadi prietok chladiaceho vzduchu.