Tiristorski DC / DC pretvorniki

Tiristorski DC / DC pretvornik (DC) je naprava za pretvorbo izmeničnega toka v enosmerni tok z regulacijo po danem zakonu izhodnih parametrov (tok in napetost). Tiristorski pretvorniki so zasnovani za napajanje armaturnih vezij motorjev in njihovih navitij.

Tiristorski pretvorniki so sestavljeni iz naslednjih osnovnih enot:

• transformator ali reaktor za omejevanje toka na AC strani,

• usmerniški bloki,

• gladilni reaktorji,

• elementi sistema vodenja, zaščite in signalizacije.

Transformator se ujema z vhodno in izhodno napetostjo pretvornika in (kot reaktor za omejevanje toka) omejuje tok kratkega stika v vhodnih tokokrogih. Gladilni reaktorji so zasnovani tako, da izravnajo valovanje popravljene napetosti in toka. Reaktorji niso predvideni, če je induktivnost bremena zadostna za omejitev valovanja v določenih mejah.

Uporaba tiristorskih pretvornikov DC-DC omogoča realizacijo praktično enakih karakteristik električnega pogona kot pri uporabi rotacijskih pretvornikov v sistemi generator-motor (D — D), to je za prilagoditev hitrosti in navora motorja v širokem območju, za pridobitev posebnih mehanskih lastnosti in želene narave prehodnih pojavov pri zagonu, ustavljanju, vzvratni vožnji itd.

Vendar pa imajo v primerjavi z rotacijskimi statičnimi pretvorniki številne znane prednosti, zato imajo statični pretvorniki prednost pri novih razvojih električnih pogonov žerjavov. Tiristorski DC-DC pretvorniki so najbolj obetavni za uporabo v električnih pogonih mehanizmov žerjavov z močjo več kot 50-100 kW in mehanizmov, kjer je potrebno pridobiti posebne značilnosti pogona v statičnih in dinamičnih načinih.

Rektifikacijske sheme, načela konstrukcije močnostnih tokokrogov pretvornikov

Tiristorski pretvorniki so izdelani z enofaznimi in večfaznimi korektivnih tokokrogov… Obstaja več konstrukcijskih razmerij za osnovne rektifikacijske sheme. Ena od teh shem je prikazana na sl. 1, a. Regulacija napetosti Va in toka Ia, proizvedena s spreminjanjem krmilnega kota α... Na sl. 1, b-e je na primer prikazana narava spremembe tokov in napetosti v trifaznem ničelnem rektifikacijskem vezju z aktivno induktivno obremenitvijo

riž. 1. Trifazno nevtralno vezje (a) in diagrami sprememb toka in napetosti v načinih usmernika (b, c) in inverterja (d, e).

Kot, prikazan v diagramih γ (preklopni kot), označuje časovno obdobje, v katerem tok teče istočasno skozi dva tiristorja. Odvisnost povprečne vrednosti nastavljene napetosti Вa od nastavitvenega kota α se imenuje krmilna karakteristika.

Za nevtralna vezja je povprečna popravljena napetost podana z izrazom

kjer je m število faz sekundarnega navitja transformatorja; U2f je efektivna vrednost fazne napetosti sekundarnega navitja transformatorja.

Za mostična vezja Udo 2-krat večja, ker so ta vezja enakovredna zaporedni povezavi dveh ničelnih vezij.

Enofazna korekcijska vezja se praviloma uporabljajo v tokokrogih z relativno velikimi induktivnimi upornostmi.To so vezja neodvisnih vzbujevalnih navitij motorjev, pa tudi armaturna vezja motorjev z majhno močjo (do 10-15 kW). Večfazna vezja se uporabljajo predvsem za vlivanje armaturnih vezij motorjev z močjo več kot 15–20 kW in manj pogosto za napajanje navitij polja. V primerjavi z enofaznimi imajo večfazna usmerniška vezja številne prednosti. Glavne so: manjše pulziranje popravljene napetosti in toka, boljši izkoristek transformatorja in tiristorjev, simetrična obremenitev faz napajalnega omrežja.

V tiristorskih DC-DC pretvornikih, namenjenih za žerjavne pogone z močjo nad 20 kW, je uporaba trifazno mostično vezje… To je posledica dobrega izkoristka transformatorja in tiristorjev, nizke ravni valovanja popravljene napetosti in toka ter preprostosti transformatorskega vezja in zasnove.Dobro znana prednost trifaznega mostičnega vezja je, da ga ni mogoče izvesti s transformatorsko povezavo, temveč z reaktorjem za omejevanje toka, katerega dimenzije so bistveno manjše od dimenzij transformatorja.

V trifaznem nevtralnem vezju so pogoji za uporabo transformatorja s pogosto uporabljenimi priključnimi skupinami D / D in Δ / Y slabši zaradi prisotnosti konstantne komponente toka. To vodi do povečanja prečnega prereza magnetnega vezja in s tem konstrukcijske moči transformatorja. Za odpravo konstantne komponente toka se uporablja cik-cak povezava sekundarnih navitij transformatorja, kar tudi nekoliko poveča konstrukcijsko moč. Povečana raven, valovanje popravljene napetosti, skupaj z zgoraj navedeno pomanjkljivostjo, omejuje uporabo trifaznega nevtralnega vezja.

Šestfazno reaktorsko vezje je priporočljivo, kadar se uporablja za nizko napetost in visok tok, ker v tem vezju bremenski tok teče vzporedno in ne zaporedno skozi dve diodi kot v trifaznem mostičnem vezju. Pomanjkljivost tega vezja je prisotnost gladilnega reaktorja s tipično močjo približno 70% korigirane nazivne moči. Poleg tega se v šestfaznih vezjih uporablja precej zapletena zasnova transformatorja.

Usmerniška vezja na osnovi tiristorjev zagotavljajo delovanje v dveh načinih - usmernik in inverter. Pri delovanju v inverterskem načinu se energija iz bremenskega tokokroga prenese v napajalno omrežje, to je v nasprotni smeri v primerjavi z načinom usmernika, zato se pri obračanju tok in e. itd. c navitja transformatorja so usmerjena nasprotno, in ko so poravnana - v skladu.Vir toka v invertirajočem načinu je e. itd. c) obremenitev (DC stroji, induktivnost), ki mora presegati napetost pretvornika.

Prenos tiristorskega pretvornika iz načina usmernika v način pretvornika se doseže s spremembo polarnosti e. itd. c) povečanje obremenitve in kota α nad π / 2 z induktivno obremenitvijo.

riž. 2. Antiparalelni tokokrog za vklop skupin ventilov. UR1 — UR4 — izravnalni reaktorji; RT — reaktor za omejevanje toka; CP — gladilni reaktor.

riž. 3. Shema nepovratnega TP za vezja vzbujevalnih navitij motorjev. Za zagotovitev načina inverzije je potrebno, da ima naslednji zapiralni tiristor čas, da obnovi svoje blokirne lastnosti, medtem ko je na njem negativna napetost, to je v kotu φ (slika 1, c).

Če se to ne zgodi, se lahko zapiralni tiristor ponovno odpre, ko se nanj uporabi napetost naprej. To bo povzročilo prevrnitev razsmernika, kjer bo prišlo do zasilnega toka, kot npr. itd. c. Stroji za enosmerni tok in transformator se bodo ujemali v smeri. Da bi se izognili prevračanju, je potreben pogoj

kjer je δ - kot obnovitve lastnosti zaklepanja tiristorja; β = π — α To je vodilni kot pretvornika.

Močnostni tokokrogi tiristorskih pretvornikov, namenjenih za napajanje armaturnih tokokrogov motorjev, so izdelani tako v nepovratni (ena usmerniška skupina tiristorjev) kot reverzibilni (dve usmerniški skupini) izvedbi. Ireverzibilne izvedbe tiristorskih pretvornikov, ki zagotavljajo enosmerno prevodnost, omogočajo delovanje v motornem in generatorskem načinu samo v eni smeri navora motorja.

Za spremembo smeri momenta je potrebno bodisi spremeniti smer armaturnega toka s konstantno smerjo toka polja bodisi spremeniti smer toka polja ob ohranjanju smeri toka armature.

Invertni tiristorski pretvorniki imajo več vrst diagramov močnostnih tokokrogov. Najpogostejša je shema z anti-vzporedno povezavo dveh skupin ventilov na eno sekundarno navitje transformatorja (slika 2). Takšno shemo je mogoče izvesti brez ločenega transformatorja z dovajanjem tiristorskih skupin iz skupnega izmeničnega omrežja prek omejevalnikov anodnega toka reaktorjev RT. Prehod na reaktorsko različico bistveno zmanjša velikost tiristorskega pretvornika in zmanjša njegove stroške.

Tiristorski pretvorniki za navitje tokokrogov motornih polj so večinoma izdelani v nepovratni konstrukciji. Na sl. 3a prikazuje eno od uporabljenih preklopnih vezij usmernika. Vezje vam omogoča spreminjanje vzbujalnega toka motorja v širokem območju. Najmanjša vrednost toka se pojavi, ko sta tiristorja T1 in T2 zaprta, največja pa, ko sta odprta. Na sl. 3, b, d prikazuje naravo spremembe popravljene napetosti za ti dve stanji tiristorjev, na sl. 3, v za stanje, ko

Krmilne metode invertirajočih tiristorskih pretvornikov

V invertnih tiristorskih pretvornikih obstajata dva glavna načina krmiljenja ventilskih skupin - skupno in ločeno. Soupravljanje pa poteka dosledno in nedosledno.

Z usklajenim nadzorom, streljanje impulzov tiristorji se uporabljajo za obe skupini ventilov tako, da so povprečne vrednosti korigirane napetosti za obe skupini med seboj enake. To je zagotovljeno pod pogojem

kjer av in ai - nastavitveni koti skupin usmernikov in pretvornikov. Pri nekonsistentnem krmiljenju povprečna napetost razsmerniške skupine presega napetost usmerniške skupine. To se doseže pod pogojem, da

Trenutne vrednosti skupinskih napetosti s skupno regulacijo niso ves čas med seboj enake, zaradi česar v zaprti zanki (ali tokokrogih), ki jo tvorijo skupine tiristorjev in navitja transformatorja, teče izravnalni tok, ki omejuje, kateri izravnalni reaktorji UR1-UR4 so vključeni v tiristorski pretvornik (glej sliko 1).

Reaktorji so priključeni na izravnalno tokovno zanko, po eden ali dva na skupino, njihova induktivnost pa je izbrana tako, da izravnalni tok ne presega 10 % nazivnega bremenskega toka. Ko so vklopljeni reaktorji za omejevanje toka, dva na skupino, se nasičijo, ko teče tok bremena. Na primer, med delovanjem skupine B sta reaktorja UR1 in UR2 nasičena, reaktorja URZ in UR4 pa ostaneta nenasičena in omejujejo izravnalni tok. Če so reaktorji vklopljeni, eden na skupino (UR1 in URZ), niso nasičeni, ko tovor teče.

Pretvorniki z nekonsistentnim krmiljenjem imajo manjše velikosti reaktorjev kot z koordiniranim krmiljenjem.Vendar pa se ob nedoslednem krmiljenju zmanjša območje dopustnih krmilnih kotov, kar vodi do slabšega izkoristka transformatorja in zmanjšanja faktorja moči napeljave.Hkrati se zmanjša linearnost krmiljenja in hitrostne karakteristike električnega pogon je kršen. Za popolno odpravo izravnalnih tokov se uporablja ločeno krmiljenje skupin ventilov.

Ločeno krmiljenje je v tem, da se krmilni impulzi nanašajo samo na skupino, ki naj bi trenutno delovala. Krmilni impulzi se ne dovajajo na ventile skupine v prostem teku. Za spremembo načina delovanja tiristorskega pretvornika se uporablja posebna stikalna naprava, ki, ko je tok tiristorskega pretvornika enak nič, najprej odstrani krmilne impulze iz prejšnje delovne skupine, nato pa po kratkem premoru (5- 10 ms), pošlje krmilne impulze drugi skupini.

Z ločenim krmiljenjem ni treba vključiti izravnalnih reaktorjev v vezje ločenih skupin ventilov, transformator se lahko v celoti uporabi, verjetnost prevračanja pretvornika zaradi zmanjšanja časa delovanja tiristorskega pretvornika v inverterskem načinu je se zmanjšajo izgube energije in s tem se poveča učinkovitost električnega pogona zaradi odsotnosti izravnalnih tokov. Ločeno krmiljenje pa postavlja visoke zahteve glede zanesljivosti naprav za blokiranje krmilnih impulzov.

Motnje v delovanju blokirnih naprav in pojav krmilnih impulzov na nedelujoči tiristorski skupini vodijo do notranjega kratkega stika v tiristorskem pretvorniku, saj je izravnalni tok med skupinami v tem primeru omejen le z reaktanco transformatorja navitij in doseže nesprejemljivo veliko vrednost.