Tyristor DC / DC-omvandlare

Tyristor DC / DC-omvandlare (DC) är en enhet för att omvandla växelström till likström med reglering enligt en given lag för utgångsparametrarna (ström och spänning). Tyristoromvandlare är designade för att driva motorkretsar och deras fältlindningar.

Tyristoromvandlare består av följande grundenheter:

• en transformator eller strömbegränsande reaktor på AC-sidan,

• likriktarblock,

• utjämningsreaktorer,

• delar av styr-, skydds- och signaleringssystemet.

Transformatorn matchar omvandlarens in- och utspänningar och begränsar (liksom den strömbegränsande reaktorn) kortslutningsströmmen i ingångskretsarna. Utjämningsreaktorer är utformade för att jämna ut krusningarna av den likriktade spänningen och strömmen. Reaktorer tillhandahålls inte om belastningsinduktansen är tillräcklig för att begränsa krusningen inom vissa gränser.

Användningen av tyristor DC-DC-omvandlare gör det möjligt att realisera praktiskt taget samma elektriska drivegenskaper som när man använder roterande omvandlare i generator-motorsystem (D — D), det vill säga att justera motorns hastighet och vridmoment över ett brett område, för att erhålla speciella mekaniska egenskaper och önskad karaktär av transienterna vid start, stopp, backning etc.

Men jämfört med roterande statiska omvandlare har de ett antal kända fördelar, vilket är anledningen till att statiska omvandlare är att föredra i nya utvecklingar av elektriska kranar. Thyristor DC-DC-omvandlare är de mest lovande för användning i elektriska drivningar av kranmekanismer med en effekt på mer än 50-100 kW och mekanismer där det krävs för att erhålla speciella egenskaper hos drivningen i statiska och dynamiska lägen.

Rättelsescheman, principer för konstruktion av kraftkretsar för omvandlare

Tyristoromvandlare är gjorda med enfas och flerfas korrigerande kretsar… Det finns flera konstruktionsförhållanden för de grundläggande korrigeringssystemen. Ett av dessa scheman visas i fig. 1, a. Reglering av spänning Va och ström Ia producerad genom att ändra styrvinkeln α... I fig. 1, b-e, till exempel visas karaktären av förändringen av strömmar och spänningar i en trefas nolllikriktad krets med en aktiv-induktiv belastning

Ris. 1. Trefas nollkrets (a) och diagram över ström- och spänningsförändringar i likriktare (b, c) och växelriktare (d, e).

Vinkeln som visas i diagrammen γ (omkopplingsvinkel) kännetecknar den tidsperiod under vilken strömmen flyter samtidigt genom två tyristorer. Beroendet av medelvärdet för den justerade spänningen Вa på justeringsvinkeln α kallas kontrollkarakteristiken.

För neutrala kretsar ges den genomsnittliga likriktade spänningen av uttrycket

där m — antalet faser av transformatorns sekundärlindning; U2f är rms-värdet för fasspänningen för transformatorns sekundärlindning.

För bryggkretsar Udo 2 gånger högre, eftersom dessa kretsar motsvarar seriekoppling av två nollkretsar.

Enfaskorrigeringskretsar används som regel i kretsar med relativt stora induktiva resistanser. Dessa är kretsar av oberoende magnetiseringslindningar av motorer, såväl som armaturkretsar av lågeffektmotorer (upp till 10-15 kW). Flerfaskretsar används huvudsakligen för att gjuta ankarkretsar av motorer med en effekt på mer än 15–20 kW och mindre ofta för att driva fältlindningar. Jämfört med enfasiga, flerfasiga likriktarkretsar har ett antal fördelar. De viktigaste är: lägre pulsering av den likriktade spänningen och strömmen, bättre användning av transformatorn och tyristorerna, symmetrisk belastning av faserna i försörjningsnätet.

I tyristor DC-DC-omvandlare avsedda för krandrifter med en effekt på mer än 20 kW används trefas bryggkrets… Detta beror på den goda användningen av transformatorn och tyristorerna, den låga rippelnivån för den likriktade spänningen och strömmen, och enkelheten i transformatorkretsen och designen.En välkänd fördel med en trefas bryggkrets är att den inte kan göras med en transformatoranslutning, utan med en strömbegränsande reaktor, vars dimensioner är betydligt mindre än dimensionerna på transformatorn.

I en trefas neutral krets är villkoren för att använda transformatorn med vanliga anslutningsgrupper D / D och Δ / Y sämre på grund av närvaron av en konstant komponent av flödet. Detta leder till en ökning av den magnetiska kretsens tvärsnitt och följaktligen transformatorns designeffekt. För att eliminera den konstanta komponenten av flödet används en sicksackanslutning av transformatorns sekundära lindningar, vilket också ökar designeffekten något. Den ökade nivån, rippeln av den likriktade spänningen, tillsammans med nackdelen som noterats ovan, begränsar användningen av en trefas nollkrets.

En sex-fas reaktorkrets rekommenderas när den används för lågspänning och hög ström eftersom i denna krets flyter belastningsströmmen parallellt snarare än i serie genom två dioder som i en trefas bryggkrets. Nackdelen med denna krets är närvaron av en utjämningsreaktor med en typisk effekt på cirka 70 % av den korrigerade märkeffekten. Dessutom används en ganska komplex transformatordesign i sexfaskretsar.

Likriktarkretsar baserade på tyristorer ger drift i två lägen - likriktare och växelriktare. Vid drift i inverterläge överförs energin från belastningskretsen till försörjningsnätet, det vill säga i motsatt riktning jämfört med likriktarläget, därför, vid invertering, strömmen och t.ex. etc. c. transformatorns lindningar är riktade motsatt, och när de är uträtade - i enlighet.Den aktuella källan i inverteringsläge är t.ex. etc. c. belastning (DC-maskiner, induktans) som måste överstiga växelriktarens spänning.

Överföringen av tyristoromvandlaren från likriktarläget till växelriktarläget uppnås genom att ändra polariteten för t.ex. etc. c. öka belastningen och vinkeln α över π / 2 med en induktiv belastning.

Ris. 2. Antiparallell krets för inkoppling av ventilgrupper. UR1 — UR4 — utjämningsreaktorer; RT — strömbegränsande reaktor; CP — utjämningsreaktor.

Ris. 3. Schema för irreversibel TP för kretsar av excitationslindningar av motorer. För att säkerställa inversionsläge är det nödvändigt att nästa stängande tyristor har tid att återställa sina blockeringsegenskaper medan det finns en negativ spänning på den, det vill säga i vinkeln φ (fig. 1, c).

Om detta inte händer kan den stängande tyristorn öppnas igen när en framåtspänning appliceras på den. Detta kommer att få växelriktaren att välta, där en nödström kommer att uppstå, som t.ex. etc. c. DC-maskiner och transformator kommer att matcha i riktning. För att undvika en vältning krävs villkoret

där δ — återställningsvinkeln för tyristorns låsegenskaper; β = π — α Detta är omriktarens ledningsvinkel.

Strömkretsar för tyristoromvandlare, avsedda för att driva ankarkretsar för motorer, är gjorda i både irreversibla (en likriktargrupp av tyristorer) och reversibla (två likriktargrupper) versioner. Irreversibla versioner av tyristoromvandlare, som ger enkelriktad ledning, tillåter drift i motor- och generatorlägen i endast en riktning av motorns vridmoment.

För att ändra momentets riktning är det nödvändigt att antingen ändra riktningen på ankarströmmen med fältflödets riktning konstant, eller att ändra riktningen på fältflödet samtidigt som riktningen på ankarströmmen bibehålls.

Inverterande tyristoromvandlare har flera typer av strömkretsdiagram. Det vanligaste är schemat med antiparallell anslutning av två grupper av ventiler till en sekundärlindning av transformatorn (fig. 2). Ett sådant schema kan implementeras utan en separat transformator genom att mata tyristorgrupper från ett gemensamt alternerande nätverk genom anodströmbegränsare för RT-reaktorer. Övergången till reaktorversionen minskar avsevärt storleken på tyristoromvandlaren och minskar dess kostnad.

Tyristoromvandlare för lindningskretsar av motorfält är huvudsakligen gjorda i irreversibel konstruktion. I fig. Fig. 3a visar en av de använda likriktaromkopplingskretsarna. Kretsen låter dig variera motorns excitationsström över ett brett intervall. Minsta värdet på strömmen uppstår när tyristorerna T1 och T2 är stängda, och maximum när de är öppna. I fig. 3, b, d visar arten av förändringen i likriktad spänning för dessa två tillstånd av tyristorer, och i fig. 3, i för villkoret när

Styrmetoder för invertering av tyristoromvandlare

I inverterande tyristoromvandlare finns det två huvudsakliga sätt att styra ventilgrupperna - gemensamma och separata. Samförvaltning görs å andra sidan konsekvent och inkonsekvent.

Med koordinerad kontroll, skjutande pulser tyristorer appliceras på de två grupperna av ventiler på ett sådant sätt att medelvärdena för den korrigerade spänningen för de två grupperna är lika med varandra. Detta tillhandahålls på villkor

där av och ai — justeringsvinklarna för grupperna av likriktare och växelriktare. Vid inkonsekvent styrning överstiger växelriktargruppens medelspänning likriktargruppens spänning. Detta uppnås under förutsättning att

Det momentana värdet på gruppspänningarna med gemensam styrning är inte alltid lika med varandra, vilket leder till att det i en sluten slinga (eller kretsar) bildade av tyristorgrupper och transformatorlindningar flyter en utjämningsström för att begränsa vilka utjämningsreaktorer UR1-UR4 ingår i tyristoromvandlaren (se fig. 1).

Reaktorerna är anslutna till utjämningsströmslingan, en eller två per grupp, och deras induktans är vald så att utjämningsströmmen inte överstiger 10 % av märklastströmmen. När de strömbegränsande reaktorerna slås på, två per grupp, mättas de när belastningsströmmen flyter. Till exempel, under grupp B-drift, är reaktorerna UR1 och UR2 mättade, medan reaktorerna URZ och UR4 förblir omättade och begränsar utjämningsströmmen. Om reaktorerna är på, en per grupp (UR1 och URZ), är de inte mättade när nyttolasten flyter.

Omvandlare med inkonsekvent styrning har mindre reaktorstorlekar än med samordnad styrning.Men med inkonsekvent styrning minskar intervallet för tillåtna styrvinklar, vilket leder till en sämre användning av transformatorn och en minskning av installationens effektfaktor. Samtidigt, linjäriteten hos kontroll- och hastighetsegenskaperna hos den elektriska drevet kränks. Separat styrning av grupper av ventiler används för att helt eliminera utjämningsströmmar.

Separat styrning består i att styrpulserna endast appliceras på den grupp som ska arbeta för tillfället. Styrpulser tillförs inte tomgångsgruppens ventiler. För att ändra driftsättet för tyristoromvandlaren används en speciell omkopplingsanordning, som, när strömmen i tyristoromvandlaren är noll, först tar bort styrpulserna från föregående arbetsgrupp och sedan, efter en kort paus (5- 10 ms), skickar kontrollpulser till den andra gruppen.

Med separat styrning finns det inget behov av att inkludera utjämningsreaktorer i kretsen av separata grupper av ventiler, transformatorn kan användas fullt ut, sannolikheten för att växelriktaren välter på grund av en minskning av drifttiden för tyristoromvandlaren i växelriktarläge är reduceras, energiförlusterna minskas och följaktligen ökar effektiviteten hos den elektriska drivningen på grund av frånvaron av utjämningsströmmar. Separat styrning ställer dock höga krav på tillförlitligheten hos anordningar för blockering av styrpulser.

Fel i driften av blockeringsanordningar och uppkomsten av styrpulser på en icke-fungerande tyristorgrupp leder till en intern kortslutning i tyristoromvandlaren, eftersom utjämningsströmmen mellan grupperna i detta fall endast begränsas av transformatorns reaktans lindningar och når ett oacceptabelt stort värde.