Convertoare DC/DC tiristoare

Convertorul tiristor DC/DC (DC) este un dispozitiv pentru transformarea curentului alternativ în curent continuu cu reglare conform unei legi date a parametrilor de ieșire (curent și tensiune). Convertizoarele tiristoare sunt proiectate pentru a alimenta circuitele de armătură ale motoarelor și înfășurările lor de câmp.

Convertizoarele tiristorice constau din următoarele unități de bază:

• un transformator sau reactor de limitare a curentului pe partea de curent alternativ,

• blocuri redresoare,

• reactoare de netezire,

• elemente ale sistemului de control, protecţie şi semnalizare.

Transformatorul se potrivește cu tensiunile de intrare și de ieșire ale convertorului și (ca și reactorul de limitare a curentului) limitează curentul de scurtcircuit în circuitele de intrare. Reactoarele de netezire sunt proiectate pentru a netezi ondulațiile tensiunii și curentului redresate. Reactoarele nu sunt furnizate dacă inductanța de sarcină este suficientă pentru a limita ondulația în anumite limite.

Utilizarea convertoarelor DC-DC tiristorice permite realizarea practic aceleași caracteristici de antrenare electrică ca atunci când se utilizează convertoare rotative în sisteme generator-motor (D — D), adică pentru a regla turația și cuplul motorului pe o gamă largă, pentru a obține caracteristici mecanice speciale și natura dorită a tranzitorilor la pornire, oprire, marșarier etc.

Cu toate acestea, în comparație cu convertoarele statice rotative, acestea au o serie de avantaje cunoscute, motiv pentru care convertoarele statice sunt preferate în noile dezvoltări ale acționărilor electrice ale macaralei. Convertizoarele DC-DC cu tiristor sunt cele mai promițătoare pentru utilizare în acționările electrice ale mecanismelor de macara cu o putere mai mare de 50-100 kW și mecanisme în care este necesar să se obțină caracteristici speciale ale acționării în moduri statice și dinamice.

Scheme de redresare, principii de construcție a circuitelor de putere ale convertoarelor

Convertizoarele tiristoare sunt realizate cu monofazate și multifazate circuite corective… Există mai multe rapoarte de proiectare pentru schemele de rectificare de bază. Una dintre aceste scheme este prezentată în fig. 1, a. Reglarea tensiunii Va și a curentului Ia produse prin modificarea unghiului de control α... În fig. 1, b-e, de exemplu, este prezentată natura modificării curenților și tensiunilor într-un circuit trifazat de redresare zero cu o sarcină activ-inductivă.

Orez. 1. Circuit neutru trifazat (a) și diagrame ale modificărilor curentului și tensiunii în modurile redresor (b, c) și invertor (d, e).

Unghiul prezentat în diagramele γ (unghiul de comutare) caracterizează perioada de timp în care curentul circulă simultan prin două tiristoare. Dependența valorii medii a tensiunii ajustate Вa de unghiul de reglare α se numește caracteristică de control.

Pentru circuitele neutre, tensiunea medie redresată este dată de expresia

unde m — numărul de faze ale înfășurării secundare a transformatorului; U2f este valoarea efectivă a tensiunii de fază a înfășurării secundare a transformatorului.

Pentru circuitele punte Udo de 2 ori mai mare, deoarece aceste circuite sunt echivalente cu conectarea în serie a două circuite zero.

Circuitele de corecție monofazate sunt utilizate, de regulă, în circuite cu rezistențe inductive relativ mari.Aceste circuite sunt circuite ale înfășurărilor de excitație independente ale motoarelor, precum și circuite de armătură ale motoarelor de putere mică (până la 10-15 kW). Circuitele polifazate sunt utilizate în principal pentru turnarea circuitelor de armătură ale motoarelor cu o putere mai mare de 15–20 kW și mai rar pentru alimentarea înfășurărilor de câmp. În comparație cu circuitele redresoare monofazate, polifazate au o serie de avantaje. Principalele sunt: ​​pulsația mai mică a tensiunii și curentului redresat, o mai bună utilizare a transformatorului și tiristoarelor, încărcarea simetrică a fazelor rețelei de alimentare.

În convertoarele DC-DC cu tiristor destinate acţionărilor macaralei cu o putere mai mare de 20 kW, utilizarea circuit de punte trifazat… Acest lucru se datorează utilizării bune a transformatorului și tiristoarelor, nivelului scăzut de ondulare al tensiunii și curentului redresat și simplității circuitului și designului transformatorului.Un avantaj binecunoscut al unui circuit de punte trifazat este că poate fi realizat nu cu o conexiune la transformator, ci cu un reactor de limitare a curentului, ale cărui dimensiuni sunt semnificativ mai mici decât dimensiunile transformatorului.

Într-un circuit neutru trifazat, condițiile de utilizare a transformatorului cu grupurile de conexiune utilizate în mod obișnuit D / D și Δ / Y sunt mai rele din cauza prezenței unei componente constante a fluxului. Acest lucru duce la o creștere a secțiunii transversale a circuitului magnetic și, în consecință, a puterii de proiectare a transformatorului. Pentru a elimina componenta constantă a fluxului, se folosește o conexiune în zig-zag a înfășurărilor secundare ale transformatorului, care, de asemenea, crește oarecum puterea de proiectare. Nivelul crescut, ondulația tensiunii redresate, împreună cu dezavantajul menționat mai sus, limitează utilizarea unui circuit neutru trifazat.

Un circuit cu reactor cu șase faze este recomandat atunci când este utilizat pentru tensiune joasă și curent ridicat, deoarece în acest circuit curentul de sarcină circulă mai degrabă în paralel decât în ​​serie prin două diode, ca într-un circuit de punte trifazat. Dezavantajul acestui circuit este prezența unui reactor de netezire cu o putere tipică de aproximativ 70% din puterea nominală corectată. În plus, un design de transformator destul de complex este utilizat în circuitele cu șase faze.

Circuitele redresoare bazate pe tiristoare asigură funcționarea în două moduri - redresor și invertor. Când funcționează în modul invertor, energia din circuitul de sarcină este transferată rețelei de alimentare, adică în direcția opusă față de modul redresor, prin urmare, la inversare, curentul și e. etc. c. înfășurările transformatorului sunt direcționate opus, iar când sunt îndreptate - în conformitate.Sursa de curent în modul inversare este e. etc. c. sarcina (mașini de curent continuu, inductanță) care trebuie să depășească tensiunea invertorului.

Transferul convertorului tiristor din modul redresor în modul invertor se realizează prin schimbarea polarității lui e. etc. c. creşterea sarcinii şi a unghiului α peste π / 2 cu o sarcină inductivă.

Orez. 2. Circuit anti-paralel pentru pornirea grupurilor de supape. UR1 — UR4 — reactoare de nivelare; RT — reactor de limitare a curentului; CP — reactor de netezire.

Orez. 3. Schema TP ireversibilă pentru circuitele înfășurărilor de excitație ale motoarelor. Pentru a asigura modul de inversare, este necesar ca următorul tiristor de închidere să aibă timp să-și restabilească proprietățile de blocare în timp ce există o tensiune negativă pe el, adică în unghiul φ (Fig. 1, c).

Dacă acest lucru nu se întâmplă, atunci tiristorul de închidere se poate redeschide pe măsură ce i se aplică o tensiune directă. Acest lucru va determina răsturnarea invertorului, unde va apărea un curent de urgență, cum ar fi de ex. etc. c. Mașinile de curent continuu și transformatorul se vor potrivi în direcție. Pentru a evita o răsturnare, condiția este necesară

unde δ — unghiul de restabilire a proprietăților de blocare ale tiristorului; β = π — α Acesta este unghiul de avans al invertorului.

Circuitele de putere ale convertoarelor cu tiristoare, destinate alimentarii circuitelor de armătură ale motoarelor, sunt realizate atât în ​​versiuni ireversibile (un grup de redresoare de tiristoare) cât și reversibile (două grupuri de redresoare). Versiunile ireversibile ale convertoarelor cu tiristoare, care asigură o conducere unidirecțională, permit funcționarea în modurile motor și generator într-o singură direcție a cuplului motorului.

Pentru a schimba direcția momentului, este necesar fie să se schimbe direcția curentului de armătură cu direcția fluxului de câmp constant, fie să se schimbe direcția fluxului de câmp menținând în același timp direcția curentului de armătură.

Convertizoarele cu tiristoare inversoare au mai multe tipuri de scheme de circuit de putere. Cea mai comună este schema cu conexiune anti-paralelă a două grupuri de supape la o înfășurare secundară a transformatorului (Fig. 2). O astfel de schemă poate fi implementată fără un transformator separat prin alimentarea grupurilor de tiristoare dintr-o rețea alternativă comună prin limitatoarele de curent anodic ale reactoarelor RT. Trecerea la versiunea cu reactor reduce semnificativ dimensiunea convertorului tiristor și reduce costul acestuia.

Convertizoarele tiristorice pentru circuitele de înfășurare ale câmpurilor de motoare sunt realizate în principal în construcție ireversibilă. În fig. 3a prezintă unul dintre circuitele de comutare redresoare utilizate. Circuitul vă permite să variați curentul de excitație al motorului într-o gamă largă. Valoarea minimă a curentului apare când tiristoarele T1 și T2 sunt închise, iar maximă când sunt deschise. În fig. 3, b, d arată natura modificării tensiunii redresate pentru aceste două stări ale tiristoarelor, iar în Fig. 3, în condiția când

Metode de control pentru inversarea convertoarelor tiristoare

În convertoarele cu tiristoare inversoare, există două moduri principale de control al grupurilor de supape - îmbinat și separat. Co-managementul, pe de altă parte, se face în mod consecvent și inconsecvent.

Cu control coordonat, impulsuri de tragere tiristoare sunt aplicate celor două grupuri de supape astfel încât valorile medii ale tensiunii corectate pentru cele două grupuri să fie egale între ele. Acesta este furnizat cu condiție

unde av și ai — unghiurile de reglare ale grupurilor de redresoare și invertoare. În cazul controlului inconsecvent, tensiunea medie a grupului invertor depășește tensiunea grupului redresor. Acest lucru se realizează cu condiția ca

Valoarea instantanee a tensiunilor de grup cu control în comun nu sunt egale între ele în orice moment, drept urmare într-o buclă închisă (sau circuite) formate din grupuri de tiristoare și înfășurări ale transformatorului, curge un curent de egalizare pentru a limita reactoarele de egalizare. UR1-UR4 sunt incluse în convertorul tiristor (vezi Fig. 1).

Reactoarele sunt conectate la bucla de curent de egalizare, una sau două pe grup, iar inductanța lor este aleasă astfel încât curentul de egalizare să nu depășească 10% din curentul nominal de sarcină. Când reactoarele de limitare a curentului sunt pornite, două pe grup, ele se saturează atunci când curge curentul de sarcină. De exemplu, în timpul funcționării grupei B, reactoarele UR1 și UR2 sunt saturate, în timp ce reactoarele URZ și UR4 rămân nesaturate și limitează curentul de egalizare. Dacă reactoarele sunt pornite, câte unul pe grup (UR1 și URZ), acestea nu sunt saturate când sarcina utilă curge.

Convertizoarele cu control inconsecvent au reactoare de dimensiuni mai mici decât cu control coordonat.Cu toate acestea, cu control inconsecvent, intervalul de unghiuri de control admisibile scade, ceea ce duce la o utilizare mai proastă a transformatorului și la o scădere a factorului de putere al instalației.Totodată, liniaritatea caracteristicilor de control și viteză ale electricului drive-ul este încălcat. Controlul separat al grupurilor de supape este utilizat pentru a elimina complet curenții de egalizare.

Controlul separat constă în faptul că impulsurile de control sunt aplicate numai grupului care ar trebui să funcționeze în acest moment. Impulsurile de control nu sunt furnizate supapelor grupului inactiv. Pentru a schimba modul de funcționare al convertorului tiristor, se utilizează un dispozitiv de comutare special, care, atunci când curentul convertorului tiristor este zero, mai întâi elimină impulsurile de control din grupul de lucru anterior și apoi, după o scurtă pauză (5- 10 ms), trimite impulsuri de control către celălalt grup.

Cu control separat, nu este nevoie să includeți reactoare de egalizare în circuitul grupurilor separate de supape, transformatorul poate fi utilizat pe deplin, probabilitatea de răsturnare a invertorului din cauza scăderii timpului de funcționare a convertorului tiristor în modul invertor este reduse, pierderile de energie sunt reduse și în consecință eficiența acționării electrice crește datorită absenței curenților de egalizare. Cu toate acestea, controlul separat impune cerințe mari asupra fiabilității dispozitivelor pentru blocarea impulsurilor de control.

Defecțiunea în funcționarea dispozitivelor de blocare și apariția impulsurilor de control pe un grup de tiristoare care nu funcționează duc la un scurtcircuit intern în convertorul tiristor, deoarece curentul de egalizare dintre grupuri este limitat în acest caz numai de reactanța transformatorului. înfășurări și atinge o valoare inacceptabil de mare.