Thyristor DC/DC-omvormers

Thyristor DC / DC-converter (DC) is een apparaat voor het omzetten van wisselstroom in gelijkstroom met regeling volgens een bepaalde wet van de uitgangsparameters (stroom en spanning). Thyristor-omzetters zijn ontworpen om ankercircuits van motoren en hun veldwikkelingen van stroom te voorzien.

Thyristoromvormers bestaan ​​uit de volgende basiseenheden:

• een transformator of stroombegrenzingsspoel aan de AC-zijde,

• gelijkrichterblokken,

• afvlakkingsreactoren,

• elementen van het controle-, beveiligings- en signaleringssysteem.

De transformator stemt de ingangs- en uitgangsspanningen van de omvormer af en begrenst (net als de stroombegrenzingsspoel) de kortsluitstroom in de ingangscircuits. Afvlakkingsreactoren zijn ontworpen om de rimpelingen van de gelijkgerichte spanning en stroom af te vlakken. Reactoren worden niet geleverd als de belastingsinductantie voldoende is om de rimpel binnen bepaalde grenzen te beperken.

Door het gebruik van thyristor DC-DC-converters kunnen praktisch dezelfde elektrische aandrijfkarakteristieken worden gerealiseerd als bij het gebruik van roterende converters in generator-motor systemen (D — D), dat wil zeggen om de snelheid en het koppel van de motor over een breed bereik aan te passen, om speciale mechanische kenmerken en de gewenste aard van de overgangen bij het starten, stoppen, achteruitrijden, enz.

In vergelijking met roterende statische omvormers hebben ze echter een aantal bekende voordelen, waardoor statische omvormers de voorkeur genieten bij nieuwe ontwikkelingen van elektrische kraanaandrijvingen. Thyristor DC-DC-converters zijn het meest veelbelovend voor gebruik in elektrische aandrijvingen van kraanmechanismen met een vermogen van meer dan 50-100 kW en mechanismen waarbij het nodig is om speciale kenmerken van de aandrijving in statische en dynamische modi te verkrijgen.

Rectificatieschema's, principes van constructie van stroomcircuits van converters

Thyristor-omvormers zijn gemaakt met eenfasige en meerfasige corrigerende circuits… Er zijn verschillende ontwerpratio's voor de basisreparatieschema's. Een van deze schema's wordt getoond in Fig. 1, een. Regeling van spanning Va en stroom Ia geproduceerd door verandering van de stuurhoek α... In Fig. 1, b-e, bijvoorbeeld, de aard van de verandering van stromen en spanningen in een driefasig nul-gelijkrichtingscircuit met een actief-inductieve belasting wordt getoond

Rijst. 1. Driefasig neutraal circuit (a) en diagrammen van stroom- en spanningsveranderingen in de modi gelijkrichter (b, c) en omvormer (d, e).

De hoek weergegeven in de diagrammen γ (schakelhoek) karakteriseert de tijdsperiode waarin de stroom gelijktijdig door twee thyristors vloeit. De afhankelijkheid van de gemiddelde waarde van de ingestelde spanning Вa van de instelhoek α wordt de regelkarakteristiek genoemd.

Voor neutrale circuits wordt de gemiddelde gelijkgerichte spanning gegeven door de uitdrukking

waarin m - het aantal fasen van de secundaire wikkeling van de transformator; U2f is de effectieve waarde van de fasespanning van de secundaire wikkeling van de transformator.

Voor brugcircuits Udo 2 maal hoger, omdat deze circuits equivalent zijn aan serieschakeling van twee nulcircuits.

Eenfasige correctiecircuits worden in de regel gebruikt in circuits met relatief grote inductieve weerstanden.Dit zijn circuits van onafhankelijke bekrachtigingswikkelingen van motoren, evenals ankercircuits van motoren met laag vermogen (tot 10-15 kW). Meerfasige circuits worden voornamelijk gebruikt voor het gieten van ankercircuits van motoren met een vermogen van meer dan 15-20 kW en minder vaak voor het aandrijven van veldwikkelingen. Vergeleken met enkelfasige gelijkrichtercircuits met meerdere fasen hebben een aantal voordelen. De belangrijkste zijn: lagere pulsatie van de gelijkgerichte spanning en stroom, beter gebruik van de transformator en thyristors, symmetrische belasting van de fasen van het voedingsnet.

In thyristor DC-DC omvormers bedoeld voor kraanaandrijvingen met een vermogen van meer dan 20 kW, het gebruik van driefasige brugschakeling… Dit komt door het goede gebruik van de transformator en thyristors, het lage rimpelniveau van de gelijkgerichte spanning en stroom, en de eenvoud van het transformatorcircuit en ontwerp.Een bekend voordeel van een driefasige brugschakeling is dat deze niet gemaakt kan worden met een transformatoraansluiting, maar met een stroombegrenzende smoorspoel waarvan de afmetingen beduidend kleiner zijn dan de afmetingen van de transformator.

In een driefasig neutraal circuit zijn de voorwaarden voor het gebruik van de transformator met veelgebruikte verbindingsgroepen D / D en Δ / Y slechter vanwege de aanwezigheid van een constant component van de flux. Dit leidt tot een toename van de doorsnede van het magnetische circuit en daarmee tot het ontwerpvermogen van de transformator. Om de constante component van de flux te elimineren, wordt een zigzagverbinding van de secundaire wikkelingen van de transformator gebruikt, wat ook het ontwerpvermogen enigszins vergroot. Het verhoogde niveau, de rimpel van de gelijkgerichte spanning, samen met het hierboven genoemde nadeel, beperkt het gebruik van een driefasig neutraal circuit.

Een zesfasig reactorcircuit wordt aanbevolen bij gebruik voor lage spanning en hoge stroom omdat in dit circuit de belastingsstroom parallel vloeit in plaats van in serie door twee diodes zoals in een driefasig brugcircuit. Het nadeel van deze schakeling is de aanwezigheid van een afvlakreactor met een typisch vermogen van ongeveer 70% van het gecorrigeerde nominale vermogen. Bovendien wordt een vrij complex transformatorontwerp gebruikt in zesfasige circuits.

Gelijkrichtercircuits op basis van thyristors bieden werking in twee modi: gelijkrichter en omvormer. Bij gebruik in de invertermodus wordt de energie van het belastingscircuit overgedragen aan het voedingsnet, dat wil zeggen in de tegenovergestelde richting vergeleken met de gelijkrichtermodus, dus bij het inverteren, de stroom en e. enz. C. de wikkelingen van de transformator zijn tegengesteld gericht en wanneer rechtgetrokken - in overeenstemming.De huidige bron in inverterende modus is e. enz. c) belasting (gelijkstroommachines, inductantie) die de spanning van de omvormer moet overschrijden.

De overdracht van de thyristoromvormer van de gelijkrichtermodus naar de invertermodus wordt bereikt door de polariteit van e te veranderen. enz. c) het vergroten van de belasting en de hoek α boven π / 2 met een inductieve belasting.

Rijst. 2. Anti-parallelschakeling voor het inschakelen van groepen ventielen. UR1 — UR4 — nivelleringsreactoren; RT - stroombeperkende reactor; CP - afvlakreactor.

Rijst. 3. Schema van onomkeerbare TP voor circuits van excitatiewikkelingen van motoren. Om de inversiemodus te garanderen, is het noodzakelijk dat de volgende sluitende thyristor tijd heeft om zijn blokkerende eigenschappen te herstellen terwijl er een negatieve spanning op staat, dat wil zeggen in de hoek φ (Fig. 1, c).

Als dit niet gebeurt, kan de sluitende thyristor opnieuw worden geopend als er een voorwaartse spanning op wordt toegepast. Hierdoor kantelt de omvormer, waarbij een noodstroom ontstaat, zoals b.v. enz. C. DC-machines en transformator komen overeen in richting. Om een ​​rollover te voorkomen, is de voorwaarde vereist

waar δ — de herstelhoek van de vergrendelingseigenschappen van de thyristor; β = π — α Dit is de hellingshoek van de omvormer.

Vermogenscircuits van thyristoromvormers, bedoeld voor het voeden van ankercircuits van motoren, zijn gemaakt in zowel onomkeerbare (één gelijkrichtergroep thyristors) als omkeerbare (twee gelijkrichtergroepen) versies. Onomkeerbare versies van thyristoromvormers, die unidirectionele geleiding bieden, maken werking in motor- en generatormodus mogelijk in slechts één richting van het motorkoppel.

Om de richting van het moment te veranderen, is het noodzakelijk om de richting van de ankerstroom te veranderen met de richting van de veldfluxconstante, of om de richting van de veldflux te veranderen terwijl de richting van de ankerstroom behouden blijft.

Inverterende thyristoromvormers hebben verschillende soorten stroomschema's. Het meest gebruikelijke is het schema met antiparallelle aansluiting van twee groepen kleppen op één secundaire wikkeling van de transformator (figuur 2). Zo'n schema kan worden geïmplementeerd zonder een afzonderlijke transformator door thyristorgroepen van een gemeenschappelijk wisselend netwerk te voeden via anodestroombegrenzers van RT-reactoren. De overgang naar de reactorversie verkleint de grootte van de thyristoromvormer aanzienlijk en verlaagt de kosten.

Thyristor-omzetters voor wikkelcircuits van motorvelden zijn voornamelijk gemaakt in een onomkeerbare constructie. In afb. 3a toont een van de toegepaste gelijkrichterschakelschakelingen. Met het circuit kunt u de bekrachtigingsstroom van de motor over een breed bereik variëren. De minimale waarde van de stroom treedt op wanneer de thyristors T1 en T2 gesloten zijn en de maximale waarde wanneer ze open zijn. In afb. 3, b, d toont de aard van de verandering in gelijkgerichte spanning voor deze twee toestanden van thyristors, en in Fig. 3, in voor de toestand wanneer

Besturingsmethoden voor het inverteren van thyristoromvormers

Bij het inverteren van thyristoromvormers zijn er twee hoofdmanieren om de klepgroepen te regelen: gezamenlijk en afzonderlijk. Co-management daarentegen gebeurt consistent en inconsistent.

Met gecoördineerde besturing, schietpulsen thyristoren worden zodanig op de twee groepen kleppen toegepast dat de gemiddelde waarden van de gecorrigeerde spanning voor de twee groepen aan elkaar gelijk zijn. Deze wordt onder voorwaarden verstrekt

waar av en ai — de aanpassingshoeken van de groepen gelijkrichters en omvormers. Bij een inconsistente regeling is de gemiddelde spanning van de omvormergroep hoger dan de spanning van de gelijkrichtergroep. Dit wordt bereikt onder de voorwaarde dat

De momentane waarde van de groepsspanningen bij gezamenlijke aansturing zijn niet altijd gelijk aan elkaar, waardoor in een gesloten lus (of circuits) gevormd door thyristorgroepen en transformatorwikkelingen een egalisatiestroom vloeit om te begrenzen welke egalisatiespoelen UR1-UR4 zijn opgenomen in de thyristoromvormer (zie Fig. 1).

De reactoren zijn aangesloten op de vereffeningsstroomlus, één of twee per groep, en hun inductantie is zo gekozen dat de vereffeningsstroom niet hoger is dan 10% van de nominale belastingsstroom. Als de stroombegrenzingsreactoren zijn ingeschakeld, twee per groep, raken ze verzadigd als de belastingstroom vloeit. Tijdens bedrijf van groep B zijn bijvoorbeeld reactoren UR1 en UR2 verzadigd, terwijl reactoren URZ en UR4 onverzadigd blijven en de vereffeningsstroom beperken. Als de reactoren aan staan, één per groep (UR1 en URZ), zijn ze niet verzadigd als de lading stroomt.

Converters met inconsistente regeling hebben kleinere reactorafmetingen dan met gecoördineerde regeling.Bij inconsistente regeling neemt het bereik van toegestane regelhoeken echter af, wat leidt tot een slechter gebruik van de transformator en een afname van de arbeidsfactor van de installatie.Tegelijkertijd neemt de lineariteit van de regel- en snelheidskarakteristieken van de elektrische aandrijving wordt geschonden. Afzonderlijke regeling van groepen kleppen wordt gebruikt om vereffeningsstromen volledig te elimineren.

Afzonderlijke controle bestaat erin dat de stuurpulsen alleen worden toegepast op de groep die op dit moment zou moeten werken. Stuurpulsen worden niet geleverd aan de kleppen van de rustgroep. Om de bedrijfsmodus van de thyristoromvormer te wijzigen, wordt een speciaal schakelapparaat gebruikt dat, wanneer de stroom van de thyristoromvormer nul is, eerst de stuurpulsen van de vorige werkgroep verwijdert en vervolgens, na een korte pauze (5- 10 ms), stuurt stuurpulsen naar de andere groep.

Met afzonderlijke besturing is het niet nodig om egalisatiereactoren op te nemen in het circuit van afzonderlijke groepen kleppen, de transformator kan volledig worden gebruikt, de kans dat de omvormer omvalt als gevolg van een afname van de bedrijfstijd van de thyristoromvormer in invertermodus is verminderd, energieverliezen worden verminderd en dienovereenkomstig neemt de efficiëntie van de elektrische aandrijving toe door het ontbreken van vereffeningsstromen. Afzonderlijke besturing stelt echter hoge eisen aan de betrouwbaarheid van inrichtingen voor het blokkeren van stuurpulsen.

Storing in de werking van blokkeerinrichtingen en het verschijnen van stuurpulsen op een niet-werkende thyristorgroep leiden tot een interne kortsluiting in de thyristoromvormer, aangezien de egalisatiestroom tussen de groepen in dit geval alleen wordt beperkt door de reactantie van de transformator wikkelingen en bereikt een onaanvaardbaar hoge waarde.