Tiristorių DC / DC keitikliai

Tiristoriaus nuolatinės srovės / nuolatinės srovės keitiklis (DC) yra įtaisas, skirtas kintamąją srovę paversti nuolatine srove, reguliuojant pagal tam tikrą išėjimo parametrų (srovės ir įtampos) dėsnį. Tiristorių keitikliai skirti maitinti variklių armatūros grandines ir jų lauko apvijas.

Tiristorių keitikliai susideda iš šių pagrindinių mazgų:

• transformatorius arba srovę ribojantis reaktorius kintamosios srovės pusėje,

• lygintuvų blokai,

• išlyginimo reaktoriai,

• valdymo, apsaugos ir signalizacijos sistemos elementai.

Transformatorius atitinka keitiklio įėjimo ir išėjimo įtampas ir (kaip ir srovę ribojantis reaktorius) riboja trumpojo jungimo srovę įvesties grandinėse. Išlyginimo reaktoriai yra skirti išlyginti ištaisytos įtampos ir srovės bangavimą. Reaktoriai nenumatyti, jei apkrovos induktyvumas yra pakankamas, kad apribotų pulsaciją tam tikrose ribose.

Tiristorinių DC-DC keitiklių naudojimas leidžia realizuoti praktiškai tokias pačias elektros pavaros charakteristikas kaip ir naudojant rotacinius keitiklius generatoriaus-variklio sistemos (D – D), tai yra reguliuoti variklio sūkius ir sukimo momentą plačiame diapazone, gauti specialias mechanines charakteristikas ir pageidaujamą pereinamųjų procesų pobūdį užvedant, stabdant, važiuojant atbuline eiga ir pan.

Tačiau, palyginti su rotaciniais statiniais keitikliais, jie turi nemažai žinomų pranašumų, todėl statiniams keitikliams pirmenybė teikiama naujose kranų elektrinių pavarų srityse. Tiristoriniai DC-DC keitikliai yra perspektyviausi naudoti kranų mechanizmų, kurių galia didesnė nei 50-100 kW, elektrinėse pavarose ir mechanizmuose, kur reikia gauti specialias pavaros charakteristikas statiniu ir dinaminiu režimu.

Rektifikavimo schemos, keitiklių maitinimo grandinių konstravimo principai

Tiristorių keitikliai gaminami vienfaziai ir daugiafaziai korekcinės grandinės… Yra keletas pagrindinių ištaisymo schemų projektavimo koeficientų. Viena iš šių schemų parodyta fig. 1, a. Įtampos Va ir srovės Ia reguliavimas, gaunamas keičiant valdymo kampą α... Pav. 1, b-e, pavyzdžiui, parodytas srovių ir įtampų kitimo pobūdis trifazėje nulinio ištaisymo grandinėje su aktyvia indukcine apkrova

Ryžiai. 1. Trifazė nulinė grandinė (a) ir srovės bei įtampos kitimo lygintuvo (b, c) ir keitiklio (d, e) režimuose diagramos.

Diagramose parodytas kampas γ (perjungimo kampas) apibūdina laikotarpį, per kurį srovė vienu metu teka per du tiristorius. Reguliuojamos įtampos Вa vidutinės reikšmės priklausomybė nuo reguliavimo kampo α vadinama valdymo charakteristika.

Nulinėms grandinėms vidutinė ištaisyta įtampa pateikiama išraiška

kur m — transformatoriaus antrinės apvijos fazių skaičius; U2f yra transformatoriaus antrinės apvijos fazinės įtampos kvadratinė vertė.

Tiltų grandinėms Udo 2 kartus didesnis, nes šios grandinės prilygsta dviejų nulinių grandinių nuosekliam sujungimui.

Vienfazės korekcinės grandinės, kaip taisyklė, naudojamos santykinai didelės indukcinės varžos grandinėse Tai variklių nepriklausomų žadinimo apvijų grandinės, taip pat mažos galios variklių (iki 10-15 kW) armatūros grandinės. Daugiafazės grandinės daugiausia naudojamos variklių, kurių galia didesnė nei 15–20 kW, armatūros grandinėms lieti, o rečiau – lauko apvijų maitinimui. Palyginti su vienfazėmis, daugiafazių lygintuvų grandinės turi daug privalumų. Pagrindiniai iš jų yra: mažesnis ištaisytos įtampos ir srovės pulsavimas, geresnis transformatoriaus ir tiristorių panaudojimas, simetriškas maitinimo tinklo fazių apkrovimas.

Tiristoriniuose DC-DC keitikliuose, skirtuose kranų pavaroms, kurių galia didesnė nei 20 kW, naudoti trifazė tilto grandinė… Taip yra dėl gero transformatoriaus ir tiristorių naudojimo, mažo ištaisytos įtampos ir srovės pulsacijos lygio bei transformatoriaus grandinės ir konstrukcijos paprastumo.Gerai žinomas trifazės tilto grandinės privalumas yra tas, kad ji gali būti pagaminta ne su transformatoriaus jungtimi, o su srovę ribojančiu reaktoriumi, kurio matmenys yra žymiai mažesni nei transformatoriaus matmenys.

Trifazėje neutralioje grandinėje sąlygos naudoti transformatorių su dažniausiai naudojamomis jungčių grupėmis D / D ir Δ / Y yra blogesnės, nes yra pastovus srauto komponentas. Dėl to padidėja magnetinės grandinės skerspjūvis ir atitinkamai transformatoriaus projektinė galia. Norint pašalinti nuolatinį srauto komponentą, naudojamas transformatoriaus antrinių apvijų zigzaginis sujungimas, kuris taip pat šiek tiek padidina projektinę galią. Padidėjęs lygis, ištaisytos įtampos pulsacija kartu su aukščiau nurodytu trūkumu riboja trifazės nulinės grandinės naudojimą.

Šešių fazių reaktoriaus grandinė yra rekomenduojama, kai naudojama žemai įtampai ir didelei srovei, nes šioje grandinėje apkrovos srovė teka lygiagrečiai, o ne nuosekliai per du diodus, kaip trifazėje tilto grandinėje. Šios grandinės trūkumas yra išlyginimo reaktoriaus buvimas, kurio tipinė galia yra apie 70% pakoreguotos vardinės galios. Be to, šešių fazių grandinėse naudojama gana sudėtinga transformatoriaus konstrukcija.

Lygintuvo grandinės, pagrįstos tiristoriais, veikia dviem režimais - lygintuvu ir keitikliu. Dirbant inverterio režimu, energija iš apkrovos grandinės perduodama į maitinimo tinklą, tai yra priešinga kryptimi nei lygintuvo režimu, todėl invertuojant srovė ir el. ir tt c) transformatoriaus apvijos nukreiptos priešingai, o ištiesinus - pagal.Srovės šaltinis invertavimo režimu yra e. ir tt c) apkrova (nuolatinės srovės mašinos, induktyvumas), kuri turi viršyti keitiklio įtampą.

Tiristoriaus keitiklio perkėlimas iš lygintuvo režimo į inverterio režimą pasiekiamas keičiant e. ir tt c) apkrovos ir kampo α didinimas virš π / 2 naudojant indukcinę apkrovą.

Ryžiai. 2. Antilygiagreti grandinė vožtuvų grupėms įjungti. UR1 — UR4 — išlyginamieji reaktoriai; RT — srovės ribojimo reaktorius; CP — išlyginimo reaktorius.

Ryžiai. 3. Variklių žadinimo apvijų grandinių negrįžtamo TP schema. Norint užtikrinti inversinį režimą, būtina, kad kitas užsidarantis tiristorius spėtų atstatyti savo blokavimo savybes, kol ant jo yra neigiama įtampa, tai yra kampu φ (1 pav., c).

Jei taip neatsitiks, uždaromas tiristorius gali vėl atsidaryti, nes jam bus taikoma tiesioginė įtampa. Dėl to keitiklis apvirs ir atsiras avarinė srovė, kaip pvz. ir tt c) Nuolatinės srovės mašinos ir transformatorius atitiks kryptį. Norint išvengti apsivertimo, būtina sąlyga

kur δ — tiristoriaus blokavimo savybių atkūrimo kampas; β = π — α Tai keitiklio švino kampas.

Tiristorių keitiklių maitinimo grandinės, skirtos maitinti variklių armatūros grandines, gaminamos tiek negrįžtamomis (viena lygintuvų grupė tiristorių), tiek reversinėmis (dvi lygintuvų grupės). Negrįžtamos tiristorių keitiklių versijos, užtikrinančios vienkryptį laidumą, leidžia veikti variklio ir generatoriaus režimais tik viena variklio sukimo momento kryptimi.

Norint pakeisti momento kryptį, reikia arba pakeisti armatūros srovės kryptį su lauko srauto konstantos kryptimi, arba pakeisti lauko srauto kryptį išlaikant armatūros srovės kryptį.

Invertuojamieji tiristorių keitikliai turi kelių tipų maitinimo grandinių schemas. Labiausiai paplitusi schema su antilygiagrečiu dviejų vožtuvų grupių prijungimu prie vienos transformatoriaus antrinės apvijos (2 pav.). Tokia schema gali būti įgyvendinta be atskiro transformatoriaus, tiekiant tiristorių grupes iš bendro kintamo tinklo per RT reaktorių anodinius srovės ribotuvus. Perėjimas prie reaktoriaus versijos žymiai sumažina tiristoriaus keitiklio dydį ir sumažina jo kainą.

Tiristorių keitikliai variklių laukų apvijų grandinėms daugiausia gaminami negrįžtamos konstrukcijos. Fig. 3a parodyta viena iš naudojamų lygintuvo perjungimo grandinių. Grandinė leidžia keisti variklio sužadinimo srovę plačiame diapazone. Mažiausia srovės vertė atsiranda, kai tiristoriai T1 ir T2 yra uždaryti, o didžiausia - kai jie yra atidaryti. Fig. 3, b, d rodo šių dviejų tiristorių būsenų ištaisytos įtampos pokyčio pobūdį, o Fig. 3, atsižvelgiant į būklę, kai

Tiristorių keitiklių invertavimo valdymo metodai

Invertuojamuose tiristorių keitikliuose yra du pagrindiniai vožtuvų grupių valdymo būdai - jungtinis ir atskiras. Kita vertus, bendras valdymas atliekamas nuosekliai ir nenuosekliai.

Su koordinuotu valdymu, šaudymo impulsais tiristoriai yra taikomos dviem vožtuvų grupėms taip, kad vidutinės dviejų grupių pakoreguotos įtampos vertės būtų lygios viena kitai. Tai suteikiama su sąlyga

čia av ir ai — lygintuvų ir keitiklių grupių reguliavimo kampai. Nenuoseklaus valdymo atveju vidutinė keitiklio grupės įtampa viršija lygintuvo grupės įtampą. Tai pasiekiama su sąlyga, kad

Momentinės grupės įtampų su jungtiniu valdymu momentinės vertės nevienodos viena kitai, dėl to uždarame kontūre (ar grandinėse), sudarytoje iš tiristorių grupių ir transformatorių apvijų, teka išlyginamoji srovė, kuri apriboja išlyginimo reaktorius. UR1-UR4 yra įtraukti į tiristorių keitiklį (žr. 1 pav.).

Reaktoriai prijungiami prie išlyginamosios srovės kilpos, po vieną arba po du kiekvienai grupei, o jų induktyvumas parenkamas toks, kad išlyginamoji srovė neviršytų 10% vardinės apkrovos srovės. Įjungus srovę ribojančius reaktorius, po du vienoje grupėje, jie prisisotina, kai teka apkrovos srovė. Pavyzdžiui, B grupės veikimo metu reaktoriai UR1 ir UR2 yra prisotinami, o reaktoriai URZ ir UR4 lieka nesotūs ir riboja išlyginamąją srovę. Jei reaktoriai yra įjungti, po vieną grupėje (UR1 ir URZ), jie nėra prisotinti, kai teka naudingoji apkrova.

Keitikliai su nenuosekliu valdymu turi mažesnius reaktorius nei su suderintu valdymu.Tačiau esant nenuosekliam valdymui, leistinų valdymo kampų diapazonas mažėja, o tai lemia blogesnį transformatoriaus naudojimą ir įrenginio galios koeficiento sumažėjimą, tuo pačiu elektros valdymo ir greičio charakteristikų tiesiškumas. vairuoti pažeidžiamas. Norint visiškai pašalinti išlyginamąsias sroves, naudojamas atskiras vožtuvų grupių valdymas.

Atskiras valdymas susideda iš to, kad valdymo impulsai taikomi tik grupei, kuri šiuo metu turėtų veikti. Valdymo impulsai nėra tiekiami į tuščiosios eigos grupės vožtuvus. Tiristorinio keitiklio darbo režimui pakeisti naudojamas specialus perjungimo įtaisas, kuris, kai tiristoriaus keitiklio srovė lygi nuliui, pirmiausia pašalina valdymo impulsus iš ankstesnės darbo grupės, o po to po trumpos pauzės (5- 10 ms), siunčia valdymo impulsus kitai grupei.

Esant atskiram valdymui, nereikia įtraukti išlyginamųjų reaktorių į atskirų vožtuvų grupių grandinę, transformatorius gali būti pilnai išnaudotas, tikimybė, kad keitiklis apvirs dėl sumažėjusio tiristoriaus keitiklio veikimo laiko inverterio režimu yra sumažėja, sumažėja energijos nuostoliai ir atitinkamai didėja elektros pavaros efektyvumas, nes nėra išlyginamųjų srovių. Tačiau atskiras valdymas kelia didelius valdymo impulsų blokavimo įrenginių patikimumo reikalavimus.

Blokavimo įtaisų veikimo sutrikimas ir valdymo impulsų atsiradimas neveikiančioje tiristorių grupėje sukelia vidinį trumpąjį jungimą tiristoriaus keitiklyje, nes išlyginamąją srovę tarp grupių šiuo atveju riboja tik transformatoriaus reaktyvumas. apvijų ir pasiekia nepriimtinai didelę vertę.