Tyristorové DC / DC měniče

Tyristorový DC / DC měnič (DC) je zařízení pro přeměnu střídavého proudu na stejnosměrný s regulací podle daného zákona o výstupních parametrech (proud a napětí). Tyristorové měniče jsou určeny k napájení obvodů kotvy motorů a jejich budicích vinutí.

Tyristorové měniče se skládají z následujících základních jednotek:

• transformátor nebo proud omezující tlumivka na AC straně,

• usměrňovací bloky,

• vyhlazovací reaktory,

• prvky řídicího, ochranného a signalizačního systému.

Transformátor odpovídá vstupnímu a výstupnímu napětí převodníku a (stejně jako proud omezující tlumivka) omezuje zkratový proud ve vstupních obvodech. Vyhlazovací tlumivky jsou navrženy tak, aby vyhlazovaly zvlnění usměrněného napětí a proudu. Tlumivky nejsou k dispozici, pokud je indukčnost zátěže dostatečná k omezení zvlnění v určitých mezích.

Použití tyristorových DC-DC měničů umožňuje realizovat prakticky stejné charakteristiky elektrického pohonu jako při použití rotačních měničů v systémy generátor-motor (D – D), to znamená nastavit otáčky a točivý moment motoru v širokém rozsahu, získat speciální mechanické vlastnosti a požadovaný charakter přechodových jevů při startování, zastavování, couvání atd.

Oproti rotačním statickým měničům však mají řadu známých výhod, proto jsou statické měniče upřednostňovány u nového vývoje elektrických pohonů jeřábů. Tyristorové DC-DC měniče jsou nejperspektivnější pro použití v elektrických pohonech jeřábových mechanismů s výkonem nad 50-100 kW a mechanismů, kde je požadováno získání speciálních charakteristik pohonu ve statickém i dynamickém režimu.

Usměrňovací schémata, principy konstrukce silových obvodů měničů

Tyristorové měniče se vyrábí jednofázové i vícefázové korekční obvody… Existuje několik návrhových poměrů pro základní rektifikační schémata. Jedno z těchto schémat je znázorněno na Obr. 1, a. Regulace napětí Va a proudu Ia produkovaného změnou regulačního úhlu α... Na Obr. 1, b-e je například znázorněn charakter změny proudů a napětí v třífázovém nulovém usměrňovacím obvodu s aktivní indukční zátěží.

Rýže. 1. Třífázový neutrální obvod (a) a schémata změn proudu a napětí v režimech usměrňovače (b, c) a střídače (d, e).

Úhel znázorněný v diagramech γ (spínací úhel) charakterizuje časový úsek, během kterého proud protéká současně dvěma tyristory. Závislost průměrné hodnoty nastaveného napětí Вa na úhlu nastavení α se nazývá regulační charakteristika.

U neutrálních obvodů je průměrné usměrněné napětí dáno výrazem

kde m — počet fází sekundárního vinutí transformátoru; U2f je efektivní hodnota fázového napětí sekundárního vinutí transformátoru.

U můstkových obvodů Udo 2x vyšší, protože tyto obvody jsou ekvivalentní sériovému zapojení dvou nulových obvodů.

Jednofázové korekční obvody se používají zpravidla v obvodech s relativně velkými indukčními odpory, jedná se o obvody nezávislých budicích vinutí motorů, ale i obvody kotvy motorů s nízkým výkonem (do 10-15 kW). Polyfázové obvody se používají především pro odlévání obvodů kotvy motorů o výkonu nad 15–20 kW a méně často pro napájení budících vinutí. Ve srovnání s jednofázovými obvody s vícefázovými usměrňovači mají řadu výhod. Mezi hlavní patří: nižší pulzace usměrněného napětí a proudu, lepší využití transformátoru a tyristorů, symetrické zatížení fází napájecí sítě.

V tyristorových DC-DC měničích určených pro pohony jeřábů o výkonu nad 20 kW je použití třífázový můstkový obvod… Je to dáno dobrým využitím transformátoru a tyristorů, nízkou úrovní zvlnění usměrněného napětí a proudu a jednoduchostí obvodu a konstrukce transformátoru.Známou výhodou třífázového můstkového zapojení je, že jej lze vyrobit nikoli s transformátorovým zapojením, ale s proudově omezující tlumivkou, jejíž rozměry jsou podstatně menší než rozměry transformátoru.

V třífázovém neutrálním obvodu jsou podmínky pro použití transformátoru s běžně používanými spojovacími skupinami D / D a Δ / Y horší kvůli přítomnosti konstantní složky toku. To vede ke zvětšení průřezu magnetického obvodu a tím i konstrukčního výkonu transformátoru. Pro eliminaci konstantní složky toku je použito cik-cak spojení sekundárních vinutí transformátoru, což také poněkud zvyšuje návrhový výkon. Zvýšená úroveň, zvlnění usměrněného napětí, spolu s nevýhodou uvedenou výše, omezuje použití třífázového neutrálního obvodu.

Šestifázový obvod tlumivky se doporučuje při použití pro nízké napětí a vysoký proud, protože v tomto obvodu proud zátěže teče paralelně spíše než sériově přes dvě diody jako v třífázovém můstkovém obvodu. Nevýhodou tohoto zapojení je přítomnost vyhlazovacího reaktoru s typickým výkonem kolem 70 % korigovaného jmenovitého výkonu. Kromě toho se v šestifázových obvodech používá poměrně složitá konstrukce transformátoru.

Usměrňovací obvody na bázi tyristorů zajišťují provoz ve dvou režimech — usměrňovač a invertor. Při provozu v invertorovém režimu se energie ze zátěžového obvodu přenáší do napájecí sítě, to znamená v opačném směru než v režimu usměrňovače, proto při invertování proud a e. atd. c. vinutí transformátoru směřují opačně a při narovnání - v souladu.Zdroj proudu v invertujícím režimu je např. atd. c. zátěž (stejnosměrné stroje, indukčnost), která musí překročit napětí měniče.

Přechod tyristorového měniče z režimu usměrňovače do režimu invertoru se dosáhne změnou polarity e. atd. c. zvýšení zátěže a úhlu α nad π / 2 s indukční zátěží.

Rýže. 2. Antiparalelní obvod pro zapínání skupin ventilů. UR1 — UR4 — vyrovnávací reaktory; RT – proud omezující tlumivka; CP — vyhlazovací reaktor.

Rýže. 3. Schéma nevratného TP pro obvody budicích vinutí motorů. Pro zajištění inverzního režimu je nutné, aby další uzavírací tyristor stihl obnovit své blokovací vlastnosti v době, kdy je na něm záporné napětí, tedy v úhlu φ (obr. 1, c).

Pokud se tak nestane, může se uzavírací tyristor znovu otevřít, když je na něj přivedeno propustné napětí. To způsobí převrácení střídače, kde vznikne nouzový proud, jako např. atd. c. Stejnosměrné stroje a transformátor se ve směru shodují. Aby se předešlo převrácení, je vyžadována podmínka

kde δ — úhel obnovení blokovacích vlastností tyristoru; β = π — α Toto je úhel stoupání střídače.

Výkonové obvody tyristorových měničů, určené pro napájení obvodů kotvy motorů, jsou vyráběny jak v nevratném (jedna usměrňovací skupina tyristorů), tak v reverzibilním (dvě skupiny usměrňovačů) provedení. Nevratné verze tyristorových měničů, poskytující jednosměrné vedení, umožňují provoz v režimu motoru a generátoru pouze v jednom směru točivého momentu motoru.

Pro změnu směru momentu je nutné buď změnit směr proudu kotvy s konstantním směrem toku pole, nebo změnit směr toku pole při zachování směru proudu kotvy.

Invertující tyristorové měniče mají několik typů schémat výkonových obvodů. Nejběžnější je schéma s antiparalelním připojením dvou skupin ventilů na jedno sekundární vinutí transformátoru (obr. 2). Takové schéma lze realizovat bez samostatného transformátoru napájením tyristorových skupin ze společné střídavé sítě přes omezovače anodového proudu reaktorů RT. Přechod na reaktorovou verzi výrazně zmenšuje velikost tyristorového měniče a snižuje jeho cenu.

Tyristorové měniče pro obvody vinutí motorových polí se vyrábějí převážně v nevratné konstrukci. Na Obr. 3a znázorňuje jeden z použitých spínacích obvodů usměrňovače. Obvod umožňuje měnit budicí proud motoru v širokém rozsahu. Minimální hodnota proudu nastává, když jsou tyristory T1 a T2 sepnuté, a maximální, když jsou otevřené. Na Obr. 3, b, d znázorňuje charakter změny usměrněného napětí pro tyto dva stavy tyristorů a na Obr. 3, ve stavu, kdy

Způsoby řízení invertujících tyristorových měničů

U invertujících tyristorových měničů existují dva hlavní způsoby ovládání ventilových skupin – společné a samostatné. Na druhou stranu spoluřízení probíhá důsledně a nedůsledně.

S koordinovaným ovládáním, střelba pulzy tyristory jsou aplikovány na dvě skupiny ventilů takovým způsobem, že průměrné hodnoty korigovaného napětí pro dvě skupiny jsou navzájem stejné. Toto je poskytováno za podmínky

kde av a ai — úhly nastavení skupin usměrňovačů a střídačů. V případě nekonzistentního řízení převyšuje průměrné napětí skupiny měničů napětí skupiny usměrňovačů. Toho je dosaženo za podmínky, že

Okamžité hodnoty skupinových napětí se společným řízením nejsou vždy stejné, v důsledku čehož v uzavřené smyčce (nebo obvodech) tvořené tyristorovými skupinami a vinutími transformátorů protéká vyrovnávací proud k omezení toho, které vyrovnávací tlumivky UR1-UR4 jsou součástí tyristorového měniče (viz obr. 1).

Tlumivky jsou připojeny k vyrovnávací proudové smyčce, jedna nebo dvě na skupinu, a jejich indukčnost je zvolena tak, aby vyrovnávací proud nepřesáhl 10 % jmenovitého zatěžovacího proudu. Když jsou zapnuty proudově omezující tlumivky, dvě na skupinu, saturují se, když protéká zátěžový proud. Například během provozu skupiny B jsou reaktory UR1 a UR2 nasyceny, zatímco reaktory URZ a UR4 zůstávají nenasycené a omezují vyrovnávací proud. Pokud jsou reaktory zapnuté, jeden na skupinu (UR1 a URZ), nejsou při proudění užitečného zatížení nasyceny.

Převodníky s nekonzistentním řízením mají menší velikosti reaktoru než s koordinovaným řízením.Při nedůsledném řízení se však zmenšuje rozsah přípustných regulačních úhlů, což vede k horšímu využití transformátoru a poklesu účiníku instalace.Současně lineárnost regulační a rychlostní charakteristiky el. pohon je narušen. K úplné eliminaci vyrovnávacích proudů slouží samostatné ovládání skupin ventilů.

Samostatné řízení spočívá v tom, že řídicí impulsy jsou aplikovány pouze na skupinu, která má právě pracovat. Do ventilů skupiny volnoběhu nejsou přiváděny řídicí impulsy. Pro změnu pracovního režimu tyristorového měniče se používá speciální spínací zařízení, které při nulovém proudu tyristorového měniče nejprve odebere řídicí impulsy z předchozí pracovní skupiny a poté po krátké pauze (5- 10 ms), vyšle řídicí impulsy do druhé skupiny.

Při samostatném řízení není potřeba zařazovat vyrovnávací tlumivky do okruhu samostatných skupin ventilů, transformátor lze plně využít, pravděpodobnost převrácení měniče v důsledku poklesu provozní doby tyristorového měniče v režimu měniče je vyšší. snížené, sníží se energetické ztráty a v důsledku toho se zvýší účinnost elektrického pohonu díky absenci vyrovnávacích proudů. Oddělené řízení však klade vysoké nároky na spolehlivost zařízení pro blokování řídicích impulsů.

Porucha při provozu blokovacích zařízení a výskyt řídicích impulsů na nefunkční tyristorové skupině vedou k vnitřnímu zkratu v tyristorovém měniči, protože vyrovnávací proud mezi skupinami je v tomto případě omezen pouze reaktancí transformátoru. vinutí a dosahuje nepřijatelně velké hodnoty.