Usměrňovací jednotky pro trakční měnírny

Polovodičový usměrňovač, v závislosti na přijatém usměrňovacím obvodu a vazebním obvodu výkonového transformátoru, může být zahrnut do můstkového nebo neutrálního obvodu.

Usměrňovací jednotky pro trakční měnírny městské elektrické dopravy VAK-1000/600-N, VAK-2000/600-N a VAK-3000/600-N. Označení typů jednotek jsou dešifrována následovně: usměrňovač s křemíkovým ventilovým usměrňovačem, pro jmenovitý usměrněný proud 1000, 2000 nebo 3000 A, jmenovité usměrněné napětí 600 V, pracující v souladu s nulovým obvodem.

Jednotka se skládá z výkonového transformátoru, usměrňovače, rozvaděče, ochranných skříní nebo panelů a vysokorychlostního katodového spínače.

Usměrňovače podle typů usměrňovačů jsou označeny jako BVK-1000/600-N, BVK-2000/600-N a BVK-3000/600-N, což znamená: křemíkový usměrňovač pro jmenovitý usměrněný proud 1000, 2000 nebo 3000 A, jmenovitý usměrněný napětí 600 V pracující na neutrálním obvodu.

Každá fáze nebo rameno usměrňovací jednotky se skládá z ventilů zapojených paralelně a sériově.

Paralelní zapojení ventilů se používá, když jmenovitý proud fáze nebo větve převyšuje jmenovitý proud jednotlivých ventilů.

Sériové zapojení ventilů slouží k zajištění dielektrické pevnosti fáze nebo ramene v nevodivé části periody, kdy je na fázi přivedeno zpětné napětí.

Počet paralelně zapojených ventilů ve fázi nebo větvi n1 je určen na základě toho, že proud fáze nebo větve Ia usměrňovače musí být menší než celkový jmenovitý proud paralelně zapojených ventilů

kde Ki – faktor bezpečnostního proudu rovna 1,35-1,8.

Při paralelním zapojení ventilů se proud mezi nimi rozděluje nerovnoměrně, což vede k přehřívání a rychlejšímu selhání silnoproudých ventilů a nedostatečnému využití proudových ventilů. Nerovnoměrné rozdělení proudu mezi paralelně zapojenými ventily je způsobeno tím, že ventily se v praxi od sebe poněkud liší svými přímými větvemi proudově-napěťové charakteristiky a tepelnými odpory.

Pro vyrovnání proudu mezi paralelně zapojenými ventily lze použít ohmické odpory zapojené do série s ventily nebo indukční děliče proudu.

Rýže. 1. Schéma indukčního děliče proudu pro dva paralelně zapojené ventily: If — fázový proud, I2v, I1v — proud ventilem

Rýže. 2. Schéma indukčního děliče proudu pro tři paralelně zapojené ventily

Ohmické odpory zapojené do série s ventily se zřídka používají kvůli výskytu dodatečných ztrát a snížení účinnosti usměrňovače.

V instalacích vysokého výkonu se obvykle používají děliče indukčního proudu.

Na Obr.1 znázorňuje schéma indukčního děliče proudu pro dva paralelně zapojené ventily. Separátor se skládá z ocelového jádra, na kterém jsou navinuty dvě stejné cívky, spojené tak, že jimi generované magnetické toky jsou opačného směru.

Při nestejnoměrnosti proudu v paralelních větvích vzniká v jádře výsledný magnetický tok, který menším proudem vytváří dodatečný úbytek napětí ve vinutí, čímž je dosaženo vyrovnání proudu ve vinutích a v paralelně zapojených ventilech. K vyrovnání proudu v paralelních ventilech je zapotřebí malé množství e. takže dělicí vinutí se skládají z malého počtu závitů.

Na Obr. 2 znázorňuje schéma indukčního děliče proudu pro tři paralelně zapojené ventily. Rozbočovač se skládá z třítyčového magnetického jádra se dvěma cívkami na každém pásu. Každý z paralelně zapojených ventilů je připojen k fázi prostřednictvím dvou sériově zapojených cívek umístěných na různých tyčích. Při zvýšení proudu v jedné paralelní větvi se indukuje další e. atd. v. v dalších dvou větvích, čímž se vyrovná proud ve vinutích děliče a ventilů.

Stejným způsobem se realizují splittery s větším počtem paralelně zapojených bran. Počet ventilů zapojených v sérii v každé větvi nebo fázi je zvolen tak, aby celkové jmenovité zpětné napětí všech ventilů zapojených v sérii bylo větší než maximální zpětné napětí aplikované na rameno nebo fázi se zvoleným korekčním obvodem (můstek nebo nula)

kde Σrev.vent je součet jmenovitých zpětných sériově zapojených ventilů, max je maximální zpětné napětí na fázi nebo rameno pro daný obvod usměrňovače, Ki je napěťový bezpečnostní faktor rovný 1,45-1,8.

Počet hradel zapojených v sérii n2 tedy bude

Počet lavinových ventilů zapojených do série je zvolen rovný

Aby bylo zajištěno rovnoměrné rozložení zpětného napětí mezi sériově zapojené ventily, je paralelně k ventilům zapojen řetězec sériově zapojených bočníkových rezistorů RШ se stejnými odpory, které slouží jako dělič napětí. Hodnota odporu bočníkových rezistorů RШ se volí v závislosti na třídě a počtu sériově zapojených ventilů v rozsahu 1,5-5 kΩ.

Nerovnoměrnost rozložení proudu podél paralelních větví fáze nebo ramene by neměla překročit ± 5 % průměrného měřeného proudu v paralelní větvi a při zatěžovacím proudu nad 100 % jmenovitého režimu by měl zkratový proud nepřekročí ± 10 %. Nerovnoměrné rozložení zpětných napětí ve ventilech nesmí překročit ± 10 % průměrného provozního zpětného napětí aplikovaného na ventil.

Na Obr. 3 je schéma zapojení jedné fáze usměrňovací jednotky BVK-1000/600-N.

Usměrňovače BVK s nelavinovými ventily jsou z výroby vyrobeny se skříní AC přepěťové ochrany a demontovanými živými stranami.

Přepěťovou ochranu na střídavé straně těchto usměrňovačů tvoří kondenzátory C1 a odpory R1 zapojené do hvězdy nebo trojúhelníku, které jsou připojeny k fázím sekundárního vinutí transformátoru (obr. 4).

Rýže. 3.Schéma zapojení jedné fáze BBK-1000/600-N

Rýže. 4. Schéma usměrňovacího bloku VAK s přepěťovou ochranou

Tato ochrana využívá kondenzátory KM-2-3,15 s kapacitou 7,5-8 mikrofaradů, rezistory PE-150 s výkonem 150 W a odporem 5 ohmů a pojistky PK-3 s pojistkou 7,5 ampér.

Ochranu proti spínacím přepětím na straně usměrněného proudu zajišťují dva paralelně zapojené kondenzátory C2 IM-5-150, o kapacitě 150 mikrofaradů. S nimi jsou sériově zapojeny dva 5 ohmové odpory R2. Kondenzátory s odpory jsou připojeny mezi kladný a záporný pól usměrňovací jednotky přes pojistku PK-3 s pojistkou 50 A.

Rýže. 5. Obvod přepěťové ochrany na straně vinutí transformátoru a usměrněný proud

Přepětí na přípojnicích stejnosměrného rozváděče, kdy rychlovýpínač odpojuje zkratové proudy na vedení, nepřesahuje 2 kV, tj. nepřekračuje dielektrickou pevnost sériového obvodu ventilů. Ventily však mohou být ovlivněny rázy vznikajícími v důsledku sčítání rázů při vypínání zkratových proudů ve vedení vysokorychlostními spínači s rázy ze spínacích proudů ve ventilech samotných.

Pro ochranu polovodičových usměrňovačů před přepětím se doporučuje zapojení pomocí svodičů a kondenzátorů (obr. 5). Omezovače RV1-00 jsou namontovány na ventilové straně transformátoru, včetně jednoho mezi každou fází a nulovou nebo zápornou svorkou transformátoru.Vzhledem k tomu, že se omezovače spouštějí na dobu 2 až 20 μs a přepětí se objevují ve zlomcích mikrosekundy, je nutné paralelně s omezovači instalovat kapacity 0,5 μF. Kapacity jsou připojeny k cívkám ventilů přes pojistky PK-3.

Na straně usměrněného proudu mezi kladným a záporným pólem se zapínají lavinové ventily na celkové lavinové napětí 900 — 1000 V. Na kladnou sběrnici jsou ventily připojeny přes pojistky PC-3. Konstrukčně je tato ochrana tvořena getinaxovým panelem s pojistkou, dvěma lavinovými ventily VL-200 a dvěma namontovanými odpory. Panel je instalován v kleci s katodovým spínačem. Na Obr. 6 je rozměrový pohled na panel boční přepěťové ochrany s usměrněným proudem.

Pro ochranu před atmosférickým přepětím se doporučuje instalovat svorkovnice na kladný (trolejový i záporný) pól venkovního vedení.

Vzhledem k tomu, že lavinové ventily mohou krátkodobě propouštět významné proudy v opačném směru, zapojené paralelně s ventily, nemusí být instalovány obvody RШ a R — C. Usměrňovací bloky BVKL tedy nemají obvody R — C, což zjednodušuje blokové schéma. Pro zajištění správné funkce byl však v usměrňovacích blocích s lavinovými ventily zachován i obvod pro sledování stavu ventilů okruhu RSh.

Rýže. 6. Panel přepěťové ochrany na straně usměrněného proudu: a — pohled zepředu, b — pohled shora, 1 — odpory, 2 — lavinové ventily, 3 — pojistka PK -3

Řízení stavu ventilů se provádí specifikací relé (směšovačů) připojených ke středům paralelních větví ventilů každé fáze nebo ramene, které mají stejný potenciál (nebo velmi malý rozdíl potenciálů kvůli rozdílům ve vlastnostech ventilů).

Při poruše ventilu v některém rameni paralelní ventilové větve dochází vlivem změny odporu tohoto ramene k rozdílu potenciálů mezi připojovacími body směšovačů, který stačí k provozu směšovače a uzavření ventilu. Kontakty.

Kontakt směšovače uzavře obvod každého sekundárního vinutí transformátoru signálu TC, čímž způsobí změnu magnetického toku v magnetickém obvodu a aktivuje ochranné relé, které následně uzavře obvod před signálem nebo vypne jednotku usměrňovače. Signální transformátor současně izoluje kontakty hasicího přístroje od obvodů 220 V.

Panel ovládací skříně vedle směšovačů ukazuje čísla fází a paralelních okruhů, mezi kterými jsou směšovače zapojeny. Spuštěný praporek na zhášeči signalizuje, který okruh má hledat závady.

Usměrňovače jsou vyráběny ve formě rámových kovových skříní s dvoukřídlými dveřmi, předními a zadními dveřmi a odnímatelnými bočními stěnami. Uvnitř skříní jsou namontovány odnímatelné panely z izolačního materiálu, na kterých jsou připevněny ventily s chladiči. Ke každému panelu jsou připojeny ventily jednoho sériového okruhu.

Pro zajištění větší dielektrické pevnosti usměrňovací jednotky a snížení možnosti překrytí mezi ventily nebo jejich vzduchovými chladiči jsou ventilové panely ve skříni umístěny tak, aby mezi nimi byl co nejmenší rozdíl potenciálů.

Uvnitř skříně jsou na jedné straně AC přípojnice, na které jsou přes děliče proudu připojeny paralelní ventilové větve. Přívod anodových vodičů od transformátoru k přípojnicím lze provést jak zespodu, tak i shora.Na druhé straně je katodový pásek s bočníkem. Pouzdro usměrňovače je instalováno tak, aby bylo možné jej obsluhovat nejen zepředu a zezadu, ale i ze strany.

Na horní straně skříně je namontován ventilátor, který vytváří proudění chladicího vzduchu zdola nahoru. Na skříni ventilátoru je namontováno vzduchové relé, které řídí proudění chladicího vzduchu.