Tyristor DC / DC omformere

Tyristor DC / DC-omformer (DC) er en enhet for å konvertere vekselstrøm til likestrøm med regulering i henhold til en gitt lov for utgangsparametrene (strøm og spenning). Tyristoromformere er designet for å drive armaturkretser til motorer og deres feltviklinger.

Tyristoromformere består av følgende grunnleggende enheter:

• en transformator eller strømbegrensende reaktor på AC-siden,

• likeretterblokker,

• utjevningsreaktorer,

• elementer i kontroll-, beskyttelses- og signalsystemet.

Transformatoren matcher inngangs- og utgangsspenningene til omformeren og begrenser (i likhet med den strømbegrensende reaktoren) kortslutningsstrømmen i inngangskretsene. Utjevningsreaktorer er designet for å jevne ut krusningene til den likerettede spenningen og strømmen. Reaktorer leveres ikke hvis lastinduktansen er tilstrekkelig til å begrense krusningen innenfor visse grenser.

Bruken av tyristor DC-DC-omformere gjør det mulig å realisere praktisk talt de samme elektriske drivegenskaper som ved bruk av roterende omformere i generator-motor systemer (D — D), det vil si å justere hastigheten og dreiemomentet til motoren over et bredt område, for å oppnå spesielle mekaniske egenskaper og ønsket karakter av transientene ved start, stopp, reversering, etc.

Sammenlignet med roterende statiske omformere har de imidlertid en rekke kjente fordeler, og derfor er statiske omformere foretrukket i nye utviklinger av elektriske kraner. Thyristor DC-DC-omformere er de mest lovende for bruk i elektriske drev av kranmekanismer med en effekt på mer enn 50-100 kW og mekanismer der det er nødvendig å oppnå spesielle egenskaper til stasjonen i statiske og dynamiske moduser.

Rettingsordninger, prinsipper for konstruksjon av strømkretser til omformere

Tyristoromformere er laget med enfase og flerfase korrigerende kretser… Det er flere utformingsforhold for de grunnleggende rettingsordningene. Et av disse skjemaene er vist i fig. 1, a. Regulering av spenning Va og strøm Ia produsert ved å endre styrevinkelen α... I fig. 1, b-e, for eksempel, er arten av endringen av strømmer og spenninger i en trefase nullrettingskrets med en aktiv-induktiv belastning vist

Ris. 1. Trefase nøytral krets (a) og diagrammer over strøm- og spenningsendringer i likeretter (b, c) og omformer (d, e) modus.

Vinkelen vist i diagrammene γ (svitsjevinkel) karakteriserer tidsperioden der strømmen flyter samtidig gjennom to tyristorer. Avhengighet av gjennomsnittsverdien til den justerte spenningen Вa på justeringsvinkelen α kalles kontrollkarakteristikken.

For nøytrale kretser er den gjennomsnittlige likerettede spenningen gitt av uttrykket

hvor m - antall faser av sekundærviklingen til transformatoren; U2f er effektivverdien til fasespenningen til sekundærviklingen til transformatoren.

For brokretser Udo 2 ganger høyere, fordi disse kretsene tilsvarer seriekobling av to nullkretser.

Enfasekorreksjonskretser brukes som regel i kretser med relativt store induktive motstander.Dette er kretser med uavhengige eksitasjonsviklinger av motorer, samt armaturkretser av laveffektmotorer (opptil 10-15 kW). Flerfasekretser brukes hovedsakelig til å støpe ankerkretser til motorer med en effekt på mer enn 15–20 kW og sjeldnere for å drive feltviklinger. Sammenlignet med enfasede har flerfaselikeretterkretser en rekke fordeler. De viktigste er: lavere pulsering av den likerettede spenningen og strømmen, bedre bruk av transformatoren og tyristorene, symmetrisk belastning av fasene til forsyningsnettverket.

I tyristor DC-DC omformere beregnet for krandrift med en effekt på mer enn 20 kW, bruk av trefase brokrets… Dette skyldes den gode bruken av transformatoren og tyristorene, det lave krusningsnivået til den likerettede spenningen og strømmen, og enkelheten til transformatorkretsen og designen.En velkjent fordel med en trefaset brokrets er at den ikke kan lages med en transformatorforbindelse, men med en strømbegrensende reaktor, hvis dimensjoner er betydelig mindre enn dimensjonene til transformatoren.

I en trefaset nøytral krets er betingelsene for bruk av transformatoren med ofte brukte tilkoblingsgrupper D / D og Δ / Y dårligere på grunn av tilstedeværelsen av en konstant komponent av fluksen. Dette fører til en økning i tverrsnittet til den magnetiske kretsen og følgelig designkraften til transformatoren. For å eliminere den konstante komponenten av fluksen, brukes en sikksakkforbindelse av sekundærviklingene til transformatoren, noe som også øker designkraften noe. Det økte nivået, krusningen av den likerettede spenningen, sammen med ulempen nevnt ovenfor, begrenser bruken av en trefaset nøytral krets.

En seksfase reaktorkrets anbefales når den brukes for lav spenning og høy strøm fordi i denne kretsen flyter laststrømmen parallelt i stedet for i serie gjennom to dioder som i en trefase brokrets. Ulempen med denne kretsen er tilstedeværelsen av en utjevningsreaktor med en typisk effekt på omtrent 70 % av den korrigerte nominelle effekten. I tillegg brukes en ganske kompleks transformatordesign i seksfasekretser.

Likeretterkretser basert på tyristorer gir drift i to moduser - likeretter og omformer. Ved drift i invertermodus overføres energien fra lastkretsen til forsyningsnettverket, det vil si i motsatt retning sammenlignet med likerettermodus, derfor ved invertering vil strømmen og f. etc. c. viklingene til transformatoren er rettet motsatt, og når de er rettet - i samsvar.Gjeldende kilde i inverteringsmodus er f.eks. etc. c. belastning (DC-maskiner, induktans) som må overstige vekselretterspenningen.

Overføringen av tyristoromformeren fra likerettermodus til invertermodus oppnås ved å endre polariteten til f.eks. etc. c. øke lasten og vinkelen α over π / 2 med en induktiv last.

Ris. 2. Antiparallell krets for å slå på grupper av ventiler. UR1 — UR4 — utjevningsreaktorer; RT — strømbegrensende reaktor; CP — utjevningsreaktor.

Ris. 3. Ordning med irreversibel TP for kretser av eksitasjonsviklinger av motorer. For å sikre inversjonsmodus er det nødvendig at neste lukketyristor har tid til å gjenopprette sine blokkeringsegenskaper mens det er en negativ spenning på den, det vil si i vinkelen φ (fig. 1, c).

Hvis dette ikke skjer, kan den lukkende tyristoren åpnes igjen ettersom en foroverspenning påføres den. Dette vil få omformeren til å velte, hvor det vil oppstå en nødstrøm, som f.eks. etc. c. DC-maskiner og transformator vil matche i retning. For å unngå velt er betingelsen påkrevd

hvor δ — restaureringsvinkelen for låseegenskapene til tyristoren; β = π — α Dette er ledningsvinkelen til omformeren.

Kraftkretser til tyristoromformere, beregnet for å drive armaturkretser til motorer, er laget i både irreversible (en likerettergruppe med tyristorer) og reversible (to likerettergrupper) versjoner. Irreversible versjoner av tyristoromformere, som gir ensrettet ledning, tillater drift i motor- og generatormodus i bare én retning av motormoment.

For å endre retningen på øyeblikket, er det nødvendig enten å endre retningen til ankerstrømmen med retningen til feltfluksen konstant, eller å endre retningen på feltfluksen mens retningen på ankerstrømmen opprettholdes.

Inverterende tyristoromformere har flere typer strømkretsdiagrammer. Det vanligste er ordningen med anti-parallell tilkobling av to grupper av ventiler til en sekundærvikling av transformatoren (fig. 2). Et slikt opplegg kan implementeres uten en separat transformator ved å mate tyristorgrupper fra et felles vekselnettverk gjennom anodestrømbegrensere til RT-reaktorer. Overgangen til reaktorversjonen reduserer størrelsen på tyristoromformeren betydelig og reduserer kostnadene.

Tyristoromformere for viklingskretser av motorfelt er hovedsakelig laget i irreversibel konstruksjon. I fig. 3a viser en av likerettersvitsjekretsene som brukes. Kretsen lar deg variere eksitasjonsstrømmen til motoren over et bredt område. Minimumsverdien av strømmen oppstår når tyristorene T1 og T2 er lukket, og maksimum når de er åpne. I fig. 3, b, d viser arten av endringen i likerettet spenning for disse to tilstandene av tyristorer, og i fig. 3, i for tilstanden når

Kontrollmetoder for invertering av tyristoromformere

I inverterende tyristoromformere er det to hovedmåter for å kontrollere ventilgruppene - felles og separate. Samstyring på sin side gjøres konsekvent og inkonsekvent.

Med koordinert kontroll, skyte pulser tyristorer påføres de to gruppene av ventiler på en slik måte at gjennomsnittsverdiene for den korrigerte spenningen for de to gruppene er lik hverandre. Dette leveres på betingelse

hvor av og ai — justeringsvinklene til gruppene av likerettere og omformere. Ved inkonsekvent styring overskrider gjennomsnittsspenningen til omformergruppen spenningen til likerettergruppen. Dette oppnås under forutsetning av at

Den øyeblikkelige verdien av gruppespenningene med felles kontroll er ikke lik hverandre til enhver tid, som et resultat av at det i en lukket sløyfe (eller kretser) dannet av tyristorgrupper og transformatorviklinger, flyter en utjevningsstrøm for å begrense hvilke utjevningsreaktorer UR1-UR4 er inkludert i tyristoromformeren (se fig. 1).

Reaktorene er koblet til utjevningsstrømsløyfen, en eller to per gruppe, og deres induktans er valgt slik at utjevningsstrømmen ikke overstiger 10 % av merkelaststrømmen. Når de strømbegrensende reaktorene er slått på, to per gruppe, mettes de når laststrømmen flyter. For eksempel, under gruppe B-drift, er reaktorene UR1 og UR2 mettet, mens reaktorene URZ og UR4 forblir umettede og begrenser utjevningsstrømmen. Hvis reaktorene er på, én per gruppe (UR1 og URZ), er de ikke mettede når nyttelasten flyter.

Omformere med inkonsekvent kontroll har mindre reaktorstørrelser enn med koordinert kontroll.Men med inkonsekvent kontroll reduseres rekkevidden av tillatte kontrollvinkler, noe som fører til en dårligere bruk av transformatoren og en reduksjon i kraftfaktoren til installasjonen.Samtidig er lineariteten til kontroll- og hastighetskarakteristikkene til den elektriske stasjonen er krenket. Separat styring av grupper av ventiler brukes for å fullstendig eliminere utjevningsstrømmer.

Separat kontroll består i at kontrollpulsene kun tilføres gruppen som skal jobbe for øyeblikket. Styrepulser tilføres ikke ventilene til tomgangsgruppen. For å endre driftsmodusen til tyristoromformeren brukes en spesiell bryterenhet, som, når strømmen til tyristoromformeren er null, først fjerner kontrollpulsene fra forrige arbeidsgruppe, og deretter, etter en kort pause (5- 10 ms), sender kontrollpulser til den andre gruppen.

Med separat kontroll er det ikke nødvendig å inkludere utjevningsreaktorer i kretsen til separate grupper av ventiler, transformatoren kan brukes fullt ut, sannsynligheten for at omformeren velter på grunn av en reduksjon i driftstiden til tyristoromformeren i invertermodus er reduseres, energitapene reduseres og følgelig øker effektiviteten til den elektriske stasjonen på grunn av fraværet av utjevningsstrømmer. Separat styring stiller imidlertid høye krav til påliteligheten til enheter for blokkering av styrepulser.

Feil i driften av blokkeringsenheter og utseendet til kontrollpulser på en ikke-fungerende tyristorgruppe fører til en intern kortslutning i tyristoromformeren, siden utjevningsstrømmen mellom gruppene i dette tilfellet bare begrenses av reaktansen til transformatoren viklinger og når en uakseptabelt stor verdi.