Tyristorové DC / DC meniče

Tyristorový DC / DC menič (DC) je zariadenie na premenu striedavého prúdu na jednosmerný prúd s reguláciou podľa daného zákona výstupných parametrov (prúd a napätie). Tyristorové meniče sú určené na napájanie obvodov kotvy motorov a ich budiacich vinutí.

Tyristorové meniče sa skladajú z nasledujúcich základných jednotiek:

• transformátor alebo tlmivka obmedzujúca prúd na strane striedavého prúdu,

• usmerňovacie bloky,

• vyhladzovacie reaktory,

• prvky riadiaceho, ochranného a signalizačného systému.

Transformátor sa zhoduje so vstupným a výstupným napätím meniča a (podobne ako tlmivka obmedzujúca prúd) obmedzuje skratový prúd vo vstupných obvodoch. Vyhladzovacie reaktory sú navrhnuté tak, aby vyhladzovali zvlnenie usmerneného napätia a prúdu. Reaktory sa neposkytujú, ak je indukčnosť záťaže dostatočná na obmedzenie zvlnenia v rámci určitých limitov.

Použitie tyristorových DC-DC meničov umožňuje realizovať prakticky rovnaké charakteristiky elektrického pohonu ako pri použití rotačných meničov v systémy generátor-motor (D – D), to znamená nastaviť otáčky a krútiaci moment motora v širokom rozsahu, získať špeciálne mechanické vlastnosti a požadovaný charakter prechodových javov pri štartovaní, zastavení, cúvaní atď.

V porovnaní s rotačnými statickými meničmi však majú množstvo známych výhod, a preto sa pri novom vývoji elektrických pohonov žeriavov uprednostňujú statické meniče. Tyristorové DC-DC meniče sú najsľubnejšie pre použitie v elektrických pohonoch žeriavových mechanizmov s výkonom nad 50-100 kW a mechanizmoch, kde je potrebné získať špeciálne vlastnosti pohonu v statickom a dynamickom režime.

Usmerňovacie schémy, princípy konštrukcie výkonových obvodov meničov

Tyristorové meniče sa vyrábajú s jednofázovými a viacfázovými korekčné obvody… Existuje niekoľko návrhových pomerov pre základné rektifikačné schémy. Jedna z týchto schém je znázornená na obr. 1, a. Regulácia napätia Va a prúdu Ia produkovaného zmenou riadiaceho uhla α... Na obr. 1, b-e je napríklad znázornený charakter zmeny prúdov a napätí v trojfázovom nulovom usmerňovacom obvode s aktívnou indukčnou záťažou.

Ryža. 1. Trojfázový neutrálny obvod (a) a schémy zmien prúdu a napätia v režimoch usmerňovača (b, c) a striedača (d, e).

Uhol znázornený v diagramoch γ (spínací uhol) charakterizuje časové obdobie, počas ktorého prúd preteká súčasne cez dva tyristory. Závislosť strednej hodnoty nastaveného napätia Вa od uhla nastavenia α sa nazýva regulačná charakteristika.

Pre neutrálne obvody je priemerné usmernené napätie dané výrazom

kde m - počet fáz sekundárneho vinutia transformátora; U2f je efektívna hodnota fázového napätia sekundárneho vinutia transformátora.

Pre mostové obvody Udo 2 krát vyššie, pretože tieto obvody sú ekvivalentné sériovému zapojeniu dvoch nulových obvodov.

Jednofázové korekčné obvody sa používajú spravidla v obvodoch s relatívne veľkými indukčnými odpormi.Sú to obvody nezávislých budiacich vinutí motorov, ako aj obvody kotvy motorov s nízkym výkonom (do 10-15 kW). Polyfázové obvody sa používajú hlavne na odlievanie obvodov kotvy motorov s výkonom nad 15–20 kW a menej často na napájanie budiacich vinutí. V porovnaní s jednofázovými obvodmi s viacfázovými usmerňovačmi majú rad výhod. Medzi hlavné patria: nižšia pulzácia usmerneného napätia a prúdu, lepšie využitie transformátora a tyristorov, symetrické zaťaženie fáz napájacej siete.

V tyristorových DC-DC meničoch určených pre žeriavové pohony s výkonom nad 20 kW je použitie trojfázový mostíkový obvod… Je to vďaka dobrému použitiu transformátora a tyristorov, nízkej úrovni zvlnenia usmerneného napätia a prúdu a jednoduchosti zapojenia a konštrukcie transformátora.Známou výhodou trojfázového mostíkového obvodu je, že ho možno vyrobiť nie s transformátorovým zapojením, ale s prúdovo obmedzujúcou tlmivkou, ktorej rozmery sú podstatne menšie ako rozmery transformátora.

V trojfázovom neutrálnom obvode sú podmienky na použitie transformátora s bežne používanými spojovacími skupinami D / D a Δ / Y horšie v dôsledku prítomnosti konštantnej zložky toku. To vedie k zväčšeniu prierezu magnetického obvodu a tým aj konštrukčného výkonu transformátora. Na elimináciu konštantnej zložky toku sa používa cik-cak spojenie sekundárnych vinutí transformátora, čo tiež trochu zvyšuje konštrukčný výkon. Zvýšená úroveň, zvlnenie usmerneného napätia, spolu s nevýhodou uvedenou vyššie, obmedzuje použitie trojfázového neutrálneho obvodu.

Šesťfázový obvod reaktora sa odporúča, keď sa používa pre nízke napätie a vysoký prúd, pretože v tomto obvode prúd záťaže tečie paralelne a nie sériovo cez dve diódy ako v trojfázovom mostíkovom obvode. Nevýhodou tohto obvodu je prítomnosť vyhladzovacieho reaktora s typickým výkonom okolo 70 % korigovaného menovitého výkonu. Okrem toho sa v šesťfázových obvodoch používa pomerne zložitý dizajn transformátora.

Usmerňovacie obvody založené na tyristoroch zabezpečujú prevádzku v dvoch režimoch — usmerňovač a invertor. Pri prevádzke v invertorovom režime sa energia zo záťažového obvodu prenáša do napájacej siete, to znamená v opačnom smere v porovnaní s režimom usmerňovača, preto pri invertovaní prúd a napr. atď. c) vinutia transformátora sú nasmerované opačne a keď sú narovnané - v súlade.Zdroj prúdu v invertujúcom režime je napr. atď. c) záťaž (jednosmerné stroje, indukčnosť), ktorá musí presiahnuť napätie meniča.

Prechod tyristorového meniča z režimu usmerňovača do režimu meniča sa dosiahne zmenou polarity napr. atď. c) zvýšenie zaťaženia a uhla α nad π / 2 s indukčným zaťažením.

Ryža. 2. Antiparalelný obvod na zapínanie skupín ventilov. UR1 – UR4 – vyrovnávacie reaktory; RT – prúd obmedzujúci reaktor; CP — vyhladzovací reaktor.

Ryža. 3. Schéma ireverzibilného TP pre obvody budiacich vinutí motorov. Na zabezpečenie inverzného režimu je potrebné, aby nasledujúci uzatvárací tyristor mal čas obnoviť svoje blokovacie vlastnosti, kým je na ňom záporné napätie, to znamená v uhle φ (obr. 1, c).

Ak sa tak nestane, uzatvárací tyristor sa môže znova otvoriť, keď sa naň privedie dopredné napätie. To spôsobí prevrátenie meniča, kde vznikne núdzový prúd ako napr. atď. c) Jednosmerné stroje a transformátor sa budú zhodovať v smere. Aby sa predišlo prevráteniu, je potrebná podmienka

kde δ — uhol obnovenia blokovacích vlastností tyristora; β = π — α Toto je uhol predstihu meniča.

Výkonové obvody tyristorových meničov, určené na napájanie kotevných obvodov motorov, sa vyrábajú v ireverzibilnom (jedna usmerňovacia skupina tyristorov) aj reverzibilnom (dve skupiny usmerňovačov) vyhotovení. Nevratné verzie tyristorových meničov, poskytujúce jednosmerné vedenie, umožňujú prevádzku v režime motora a generátora iba v jednom smere krútiaceho momentu motora.

Na zmenu smeru momentu je potrebné buď zmeniť smer prúdu kotvy s konštantným smerom toku poľa, alebo zmeniť smer toku poľa pri zachovaní smeru prúdu kotvy.

Invertujúce tyristorové meniče majú niekoľko typov schém výkonového obvodu. Najbežnejšia je schéma s antiparalelným pripojením dvoch skupín ventilov na jedno sekundárne vinutie transformátora (obr. 2). Takáto schéma môže byť implementovaná bez samostatného transformátora napájaním tyristorových skupín zo spoločnej striedavej siete cez obmedzovače anódového prúdu reaktorov RT. Prechod na reaktorovú verziu výrazne znižuje veľkosť tyristorového meniča a znižuje jeho cenu.

Tyristorové meniče pre obvody vinutia motorových polí sa vyrábajú prevažne v nevratnej konštrukcii. Na obr. 3a znázorňuje jeden z použitých spínacích obvodov usmerňovača. Obvod umožňuje meniť budiaci prúd motora v širokom rozsahu. Minimálna hodnota prúdu nastáva, keď sú tyristory T1 a T2 zatvorené, a maximálna, keď sú otvorené. Na obr. 3, b, d je znázornený charakter zmeny usmerneného napätia pre tieto dva stavy tyristorov a na obr. 3, za podmienky, keď

Metódy riadenia invertných tyristorových meničov

V invertných tyristorových meničoch existujú dva hlavné spôsoby ovládania ventilových skupín - spoločné a samostatné. Spoluriadenie sa na druhej strane robí dôsledne a nedôsledne.

S koordinovaným ovládaním, snímanie impulzov tyristory sa aplikujú na dve skupiny ventilov takým spôsobom, že priemerné hodnoty korigovaného napätia pre dve skupiny sa navzájom rovnajú. Toto sa poskytuje pod podmienkou

kde av a ai — uhly nastavenia skupín usmerňovačov a meničov. V prípade nekonzistentného riadenia priemerné napätie skupiny meničov prevyšuje napätie skupiny usmerňovačov. To sa dosiahne za podmienky, že

Okamžité hodnoty skupinových napätí so spoločným riadením nie sú vždy rovnaké, v dôsledku čoho v uzavretej slučke (alebo obvodoch) tvorenej tyristorovými skupinami a vinutiami transformátora tečie vyrovnávajúci prúd na obmedzenie toho, ktoré vyrovnávacie tlmivky UR1-UR4 sú súčasťou tyristorového meniča (pozri obr. 1).

Reaktory sú pripojené k vyrovnávacej prúdovej slučke, jeden alebo dva na skupinu, a ich indukčnosť je zvolená tak, aby vyrovnávací prúd nepresiahol 10 % menovitého zaťažovacieho prúdu. Keď sú zapnuté tlmivky obmedzujúce prúd, dve na skupinu, saturujú sa, keď prúdi záťažový prúd. Napríklad počas prevádzky skupiny B sú reaktory UR1 a UR2 nasýtené, zatiaľ čo reaktory URZ a UR4 zostávajú nenasýtené a obmedzujú vyrovnávajúci prúd. Ak sú reaktory zapnuté, jeden na skupinu (UR1 a URZ), nie sú pri prúdení užitočného zaťaženia nasýtené.

Meniče s nekonzistentným riadením majú menšie veľkosti reaktorov ako s koordinovaným riadením.Pri nedôslednom riadení sa však zmenšuje rozsah prípustných regulačných uhlov, čo vedie k horšiemu využitiu transformátora a zníženiu účinníka inštalácie.Zároveň lineárnosť regulačnej a rýchlostnej charakteristiky el. pohon je porušený. Na úplné eliminovanie vyrovnávacích prúdov slúži samostatné ovládanie skupín ventilov.

Samostatné riadenie spočíva v tom, že riadiace impulzy sú aplikované len na skupinu, ktorá má práve pracovať. Riadiace impulzy nie sú dodávané do ventilov voľnobežnej skupiny. Na zmenu pracovného režimu tyristorového meniča sa používa špeciálne spínacie zariadenie, ktoré pri nulovom prúde tyristorového meniča najskôr odoberie riadiace impulzy z predchádzajúcej pracovnej skupiny a potom po krátkej prestávke (5- 10 ms), odošle riadiace impulzy do druhej skupiny.

Pri samostatnom riadení nie je potrebné zaraďovať vyrovnávacie tlmivky do okruhu samostatných skupín ventilov, transformátor je možné plne využiť, pravdepodobnosť prevrátenia meniča v dôsledku zníženia doby prevádzky tyristorového meniča v režime meniča je vysoká. znížené, znížia sa energetické straty a tým sa zvýši účinnosť elektrického pohonu v dôsledku absencie vyrovnávacích prúdov. Oddelené riadenie však kladie vysoké nároky na spoľahlivosť zariadení na blokovanie riadiacich impulzov.

Porucha pri prevádzke blokovacích zariadení a výskyt riadiacich impulzov na nepracujúcej tyristorovej skupine vedie k vnútornému skratu v tyristorovom prevodníku, pretože vyrovnávací prúd medzi skupinami je v tomto prípade obmedzený iba reaktanciou transformátora. vinutia a dosahuje neprijateľne veľkú hodnotu.