Tiristorski DC/DC pretvarači

Tiristorski DC/DC pretvarač (DC) je uređaj za pretvaranje izmjenične struje u istosmjernu uz regulaciju prema zadanom zakonu izlaznih parametara (struja i napon). Tiristorski pretvarači dizajnirani su za napajanje armaturnih krugova motora i njihovih namotaja polja.

Tiristorski pretvarači sastoje se od sljedećih osnovnih jedinica:

• transformator ili prigušnica za ograničenje struje na AC strani,

• blokovi ispravljača,

• reaktori za izglađivanje,

• elementi sustava upravljanja, zaštite i signalizacije.

Transformator usklađuje ulazne i izlazne napone pretvarača i (poput reaktora za ograničenje struje) ograničava struju kratkog spoja u ulaznim krugovima. Prigušnice za izglađivanje dizajnirane su za izglađivanje valovitosti ispravljenog napona i struje. Prigušnice nisu predviđene ako je induktivitet opterećenja dovoljan da ograniči valovitost unutar određenih granica.

Korištenje tiristorskih DC-DC pretvarača omogućuje postizanje praktički istih karakteristika električnog pogona kao kod korištenja rotacijskih pretvarača u generatorsko-motorni sustavi (D — D), odnosno prilagoditi brzinu i moment motora u širokom rasponu, kako bi se postigle posebne mehaničke karakteristike i željena priroda prijelaznih pojava pri pokretanju, zaustavljanju, vožnji unatrag itd.

Međutim, u usporedbi s rotacijskim statičkim pretvaračima, oni imaju niz poznatih prednosti, zbog čega se statički pretvarači preferiraju u novim razvojima električnih pogona dizalica. Tiristorski DC-DC pretvarači najviše obećavaju za upotrebu u električnim pogonima kranskih mehanizama snage veće od 50-100 kW i mehanizama gdje je potrebno postići posebne karakteristike pogona u statičkim i dinamičkim načinima rada.

Sheme ispravljanja, principi konstrukcije energetskih krugova pretvarača

Tiristorski pretvarači izrađuju se s jednofaznim i višefaznim korektivni krugovi… Postoji nekoliko projektiranih omjera za osnovne sheme ispravljanja. Jedna od tih shema prikazana je na sl. 1, a. Regulacija napona Va i struje Ia proizvedena promjenom kuta upravljanja α... Na sl. 1, b-e, na primjer, prikazana je priroda promjene struja i napona u trofaznom nultom ispravljačkom krugu s aktivno-induktivnim opterećenjem

Riža. 1. Trofazni neutralni krug (a) i dijagrami promjena struje i napona u ispravljačkom (b, c) i inverterskom (d, e) načinu rada.

Kut prikazan na dijagramima γ (kut preklapanja) karakterizira vremensko razdoblje tijekom kojeg struja teče istovremeno kroz dva tiristora. Ovisnost srednje vrijednosti podešenog napona Va o kutu podešavanja α naziva se regulacijska karakteristika.

Za neutralne krugove prosječni ispravljeni napon dat je izrazom

gdje je m - broj faza sekundarnog namota transformatora; U2f je efektivna vrijednost faznog napona sekundarnog namota transformatora.

Za premosne sklopove Udo 2 puta veći, jer su ti krugovi ekvivalentni serijskom spoju dva nulta kruga.

Jednofazni korekcijski krugovi koriste se, u pravilu, u krugovima s relativno velikim induktivnim otporima.To su krugovi nezavisnih uzbudnih namota motora, kao i armaturni krugovi motora male snage (do 10-15 kW). Polifazni krugovi uglavnom se koriste za lijevanje armaturnih krugova motora snage veće od 15–20 kW, a rjeđe za napajanje namota polja. U usporedbi s jednofaznim, polifazni ispravljački krugovi imaju niz prednosti. Glavni su: manja pulsacija ispravljenog napona i struje, bolje korištenje transformatora i tiristora, simetrično opterećenje faza opskrbne mreže.

U tiristorskim DC-DC pretvaračima namijenjenim pogonima dizalica snage veće od 20 kW, uporaba trofazni mostni krug… To je zbog dobre upotrebe transformatora i tiristora, niske razine valovitosti ispravljenog napona i struje, te jednostavnosti strujnog kruga i dizajna transformatora.Dobro poznata prednost trofaznog mostnog kruga je ta što se ne može napraviti s transformatorskim priključkom, već s reaktorom za ograničavanje struje, čije su dimenzije znatno manje od dimenzija transformatora.

U trofaznom neutralnom krugu uvjeti za korištenje transformatora s uobičajeno korištenim spojnim grupama D / D i Δ / Y lošiji su zbog prisutnosti konstantne komponente toka. To dovodi do povećanja poprečnog presjeka magnetskog kruga i, sukladno tome, projektirane snage transformatora. Da bi se uklonila konstantna komponenta toka, koristi se cik-cak spoj sekundarnih namota transformatora, što također donekle povećava projektiranu snagu. Povećana razina, valovitost ispravljenog napona, zajedno s gore navedenim nedostatkom, ograničava upotrebu trofaznog neutralnog kruga.

Šestofazni reaktorski krug preporučuje se kada se koristi za niski napon i visoku struju jer u ovom krugu struja opterećenja teče paralelno, a ne u seriji kroz dvije diode kao u trofaznom premosnom krugu. Nedostatak ovog kruga je prisutnost reaktora za izravnavanje s tipičnom snagom od oko 70% ispravljene nazivne snage. Osim toga, u šestofaznim krugovima koristi se prilično složen dizajn transformatora.

Ispravljački krugovi temeljeni na tiristorima omogućuju rad u dva načina - ispravljač i pretvarač. Kada radi u inverterskom načinu rada, energija iz strujnog kruga opterećenja prenosi se u opskrbnu mrežu, odnosno u suprotnom smjeru u usporedbi s ispravljačkim načinom rada, stoga se pri invertiranju struja i e. itd. c. namoti transformatora su usmjereni suprotno, a kada su ispravljeni - u skladu.Izvor struje u invertirajućem načinu rada je e. itd. c. opterećenje (DC strojevi, induktivitet) koje mora premašiti napon pretvarača.

Prijelaz tiristorskog pretvarača iz ispravljačkog u inverterski način rada postiže se promjenom polariteta e. itd. c. povećanje opterećenja i kuta α iznad π / 2 s induktivnim opterećenjem.

Riža. 2. Antiparalelni krug za uključivanje grupa ventila. UR1 — UR4 — reaktori za izravnavanje; RT — strujnoograničavajući reaktor; CP — reaktor za izglađivanje.

Riža. 3. Shema nepovratnog TP za krugove uzbudnih namota motora. Da bi se osigurao način inverzije, potrebno je da sljedeći zatvarajući tiristor ima vremena da vrati svoja svojstva blokiranja dok na njemu postoji negativan napon, odnosno u kutu φ (slika 1, c).

Ako se to ne dogodi, tiristor za zatvaranje može se ponovno otvoriti jer se na njega primjenjuje prednji napon. To će uzrokovati prevrtanje pretvarača, gdje će se pojaviti struja u nuždi, kao npr. itd. c. Istosmjerni strojevi i transformator će se podudarati u smjeru. Kako bi se izbjeglo prevrtanje, potreban je uvjet

gdje je δ - kut obnavljanja svojstava zaključavanja tiristora; β = π — α Ovo je prednji kut pretvarača.

Energetski krugovi tiristorskih pretvarača, namijenjenih za napajanje armaturnih krugova motora, izvode se u nepovratnoj (jedna ispravljačka skupina tiristora) i reverzibilnoj (dvije ispravljačke skupine) izvedbi. Nepovratne verzije tiristorskih pretvarača, osiguravajući jednosmjernu vodljivost, omogućuju rad u motornim i generatorskim modovima samo u jednom smjeru momenta motora.

Za promjenu smjera momenta potrebno je ili promijeniti smjer struje armature s konstantnim smjerom toka polja ili promijeniti smjer toka polja uz zadržavanje smjera struje armature.

Invertirajući tiristorski pretvarači imaju nekoliko vrsta dijagrama strujnog kruga. Najčešća je shema s antiparalelnim spajanjem dviju skupina ventila na jedan sekundarni namot transformatora (slika 2). Takva se shema može implementirati bez zasebnog transformatora napajanjem tiristorskih skupina iz zajedničke izmjenične mreže kroz graničnike anodne struje RT reaktora. Prijelaz na reaktorsku verziju značajno smanjuje veličinu tiristorskog pretvarača i smanjuje njegovu cijenu.

Tiristorski pretvarači za krugove namota motornih polja uglavnom se izrađuju u nepovratnoj konstrukciji. Na sl. Slika 3a prikazuje jedan od korištenih sklopnih krugova ispravljača. Krug vam omogućuje da mijenjate struju pobude motora u širokom rasponu. Minimalna vrijednost struje javlja se kada su tiristori T1 i T2 zatvoreni, a maksimalna kada su otvoreni. Na sl. 3, b, d prikazuje prirodu promjene ispravljenog napona za ova dva stanja tiristora, a na sl. 3, u za stanje kada

Metode upravljanja invertirajućim tiristorskim pretvaračima

U invertirajućim tiristorskim pretvaračima postoje dva glavna načina upravljanja skupinama ventila - zajednički i odvojeni. Suupravljanje se, pak, vrši dosljedno i nedosljedno.

S koordiniranom kontrolom, pulsiranje pucanja tiristori primjenjuju se na dvije skupine ventila na način da su prosječne vrijednosti korigiranog napona za dvije skupine međusobno jednake. Ovo je osigurano pod uvjetom

gdje su av i ai - kutovi podešavanja grupa ispravljača i pretvarača. U slučaju nekonzistentnog upravljanja, prosječni napon inverterske grupe premašuje napon ispravljačke grupe. To se postiže pod uvjetom da

Trenutna vrijednost skupnih napona sa zajedničkom kontrolom nisu uvijek jednake jedna drugoj, zbog čega u zatvorenoj petlji (ili krugovima) koju tvore skupine tiristora i namota transformatora, struja izjednačenja teče kako bi se ograničili prigušnice za izjednačenje UR1-UR4 uključeni su u tiristorski pretvarač (vidi sliku 1).

Reaktori su spojeni na strujnu petlju izjednačenja, jedan ili dva po skupini, a induktivitet im je odabran tako da struja izjednačenja ne prelazi 10% nazivne struje opterećenja. Kada su prigušnice za ograničenje struje uključene, dvije po skupini, one se zasićuju kada teče struja opterećenja. Na primjer, tijekom rada grupe B, prigušnice UR1 i UR2 su zasićene, dok prigušnice URZ i UR4 ostaju nezasićene i ograničavaju struju izjednačenja. Ako su reaktori uključeni, jedan po skupini (UR1 i URZ), oni nisu zasićeni dok korisni teret teče.

Pretvarači s nekonzistentnom regulacijom imaju manje reaktore nego s koordiniranom regulacijom.Međutim, kod nekonzistentnog upravljanja smanjuje se raspon dopuštenih kutova upravljanja, što dovodi do lošijeg iskorištenja transformatora i smanjenja faktora snage instalacije.Istodobno se smanjuje linearnost regulacijskih i brzinskih karakteristika el. pogon je prekršen. Odvojeno upravljanje skupinama ventila koristi se za potpuno uklanjanje struja izjednačenja.

Odvojena kontrola sastoji se u činjenici da se kontrolni impulsi primjenjuju samo na grupu koja bi trebala raditi u ovom trenutku. Kontrolni impulsi se ne dovode na ventile grupe u praznom hodu. Za promjenu načina rada tiristorskog pretvarača koristi se poseban sklopni uređaj, koji, kada je struja tiristorskog pretvarača jednaka nuli, prvo uklanja upravljačke impulse iz prethodne radne skupine, a zatim, nakon kratke stanke (5- 10 ms), šalje upravljačke impulse drugoj skupini.

S odvojenim upravljanjem, nema potrebe za uključivanjem reaktora za izjednačenje u krug odvojenih skupina ventila, transformator se može u potpunosti koristiti, vjerojatnost prevrtanja pretvarača zbog smanjenja vremena rada tiristorskog pretvarača u načinu rada pretvarača je smanjeni, smanjuju se gubici energije i sukladno tome povećava se učinkovitost električnog pogona zbog odsutnosti struja izjednačenja. Odvojeno upravljanje, međutim, postavlja visoke zahtjeve na pouzdanost uređaja za blokiranje upravljačkih impulsa.

Neispravnost u radu uređaja za blokiranje i pojava upravljačkih impulsa na neradnoj tiristorskoj skupini dovode do unutarnjeg kratkog spoja u tiristorskom pretvaraču, budući da je struja izjednačenja između skupina u ovom slučaju ograničena samo reaktancijom transformatora namota i dostiže neprihvatljivo veliku vrijednost.