Tyristori DC/DC-muuntimet

Tyristori DC / DC-muunnin (DC) on laite, joka muuntaa vaihtovirran tasavirraksi lähtöparametrien (virta ja jännite) tietyn lain mukaan. Tyristorimuuntimet on suunniteltu syöttämään moottoreiden ankkuripiirejä ja niiden kenttäkäämityksiä.

Tyristorimuuntimet koostuvat seuraavista perusyksiköistä:

• muuntaja tai virtaa rajoittava reaktori vaihtovirtapuolella,

• tasasuuntaajalohkot,

• tasoitusreaktorit,

• ohjaus-, suoja- ja merkinantojärjestelmän osat.

Muuntaja sovittaa muuntimen tulo- ja lähtöjännitteet ja (kuten virtaa rajoittava reaktori) rajoittaa oikosulkuvirtaa tulopiireissä. Tasoitusreaktorit on suunniteltu tasoittamaan tasasuunnatun jännitteen ja virran aaltoilua. Reaktoreita ei toimiteta, jos kuorman induktanssi on riittävä rajoittamaan aaltoilua tietyissä rajoissa.

Tyristori DC-DC-muuntimien käyttö mahdollistaa käytännössä samat sähkökäyttöominaisuudet kuin käytettäessä pyöriviä muuntajia generaattori-moottorijärjestelmät (D - D), eli säätämään moottorin nopeutta ja vääntömomenttia laajalla alueella, saavuttamaan erityiset mekaaniset ominaisuudet ja haluttu transienttien luonne käynnistettäessä, pysäytettäessä, peruutettaessa jne.

Pyöriviin staattisiin muuntimiin verrattuna niillä on kuitenkin useita tunnettuja etuja, minkä vuoksi staattisia muuntimia suositaan uusissa nostureiden sähkökäytöissä. Tyristori DC-DC-muuntimet ovat lupaavimpia käytettäväksi nosturimekanismien sähkökäytöissä, joiden teho on yli 50-100 kW, ja mekanismeissa, joissa vaaditaan käytön erityisominaisuudet staattisissa ja dynaamisissa tiloissa.

Tasasuuntauskaaviot, muuntajien tehopiirien rakentamisen periaatteet

Tyristorimuuntimia valmistetaan yksi- ja monivaiheisina korjaavat piirit… Perusoikaisusuunnitelmille on olemassa useita suunnittelusuhteita. Yksi näistä kaavioista on esitetty kuvassa. 1, a. Säätökulmaa α muuttamalla tuotetun jännitteen Va ja virran Ia säätö... 1, b-e on esitetty esimerkiksi virtojen ja jännitteiden muutoksen luonne kolmivaiheisessa nollatasasuuntauspiirissä aktiivi-induktiivisella kuormalla

Riisi. 1. Kolmivaiheinen nollapiiri (a) ja kaaviot virran ja jännitteen muutoksista tasasuuntaajan (b, c) ja invertterin (d, e) tilassa.

Kaavioissa esitetty kulma γ (kytkentäkulma) kuvaa ajanjaksoa, jonka aikana virta kulkee samanaikaisesti kahden tyristorin läpi. Säädetyn jännitteen Вa keskiarvon riippuvuutta säätökulmasta α kutsutaan säätökäyräksi.

Nollapiireille keskimääräinen tasasuuntautunut jännite saadaan lausekkeella

missä m - muuntajan toisiokäämin vaiheiden lukumäärä; U2f on muuntajan toisiokäämin vaihejännitteen rms-arvo.

Siltapiireille Udo 2 kertaa suurempi, koska nämä piirit vastaavat kahden nollapiirin sarjakytkentää.

Yksivaiheisia korjauspiirejä käytetään pääsääntöisesti piireissä, joissa on suhteellisen suuret induktiiviset resistanssit, jotka ovat moottoreiden itsenäisten magnetointikäämien piirejä sekä pienitehoisten moottoreiden (10-15 kW) ankkuripiirejä. Monivaiheisia piirejä käytetään pääasiassa teholtaan yli 15–20 kW moottoreiden ankkuripiirien valuun ja harvemmin kenttäkäämien syöttämiseen. Verrattuna yksivaiheisiin tasasuuntauspiireihin, monivaiheisilla tasasuuntauspiireillä on useita etuja. Tärkeimmät ovat: tasasuunnatun jännitteen ja virran matalampi pulsaatio, muuntajan ja tyristorien parempi käyttö, syöttöverkon vaiheiden symmetrinen kuormitus.

Tyristorisissa DC-DC-muuntimissa, jotka on tarkoitettu nosturikäyttöihin, joiden teho on yli 20 kW, käytetään kolmivaiheinen siltapiiri… Tämä johtuu muuntajan ja tyristorien hyvästä käytöstä, tasasuunnatun jännitteen ja virran alhaisesta aaltoilutasosta sekä muuntajan piirin ja suunnittelun yksinkertaisuudesta.Kolmivaiheisen siltapiirin tunnettu etu on, että se voidaan tehdä ei muuntajakytkennällä, vaan virtaa rajoittavalla reaktorilla, jonka mitat ovat merkittävästi pienempiä kuin muuntajan mitat.

Kolmivaiheisessa nollapiirissä olosuhteet muuntajan käyttämiselle yleisesti käytetyillä kytkentäryhmillä D / D ja Δ / Y ovat huonommat, koska vuon vakiokomponentti on läsnä. Tämä johtaa magneettipiirin poikkileikkauksen kasvuun ja vastaavasti muuntajan suunnittelutehoon. Vuon vakiokomponentin poistamiseksi käytetään muuntajan toisiokäämien siksak-liitäntää, joka myös lisää jonkin verran suunnittelutehoa. Tasasuunnatun jännitteen kohonnut taso, aaltoilu yhdessä edellä mainitun haitan kanssa rajoittaa kolmivaiheisen nollapiirin käyttöä.

Kuusivaiheista reaktoripiiriä suositellaan käytettäessä pienjännitteellä ja suurella virralla, koska tässä piirissä kuormitusvirta kulkee rinnakkain eikä sarjassa kahden diodin kautta, kuten kolmivaiheisessa siltapiirissä. Tämän piirin haittana on tasoitusreaktorin läsnäolo, jonka tyypillinen teho on noin 70 % korjatusta nimellistehosta. Lisäksi kuusivaiheisissa piireissä käytetään melko monimutkaista muuntajamallia.

Tyristoreihin perustuvat tasasuuntauspiirit tarjoavat toiminnan kahdessa tilassa - tasasuuntaaja ja invertteri. Invertteritilassa toimittaessa kuormituspiirin energia siirtyy syöttöverkkoon, toisin sanoen päinvastaiseen suuntaan kuin tasasuuntaajatilassa, joten käänteessä virta ja e. jne. c. muuntajan käämit on suunnattu vastakkain ja suoristettuna - mukaisesti.Invertoivassa tilassa virtalähde on e. jne. c. kuorma (DC-koneet, induktanssi), jonka on ylitettävä invertterin jännite.

Tyristorimuuntimen siirto tasasuuntaajatilasta vaihtosuuntaajatilaan saadaan aikaan muuttamalla e. jne. c. kuorman ja kulman α lisääminen π / 2:n yläpuolelle induktiivisella kuormalla.

Riisi. 2. Antirinnakkaispiiri venttiiliryhmien kytkemiseksi päälle. UR1 — UR4 — tasoitusreaktorit; RT — virtaa rajoittava reaktori; CP — tasoitusreaktori.

Riisi. 3. Kaavio irreversiibelistä TP:stä moottoreiden virityskäämien piireille. Inversiotilan varmistamiseksi on välttämätöntä, että seuraavaksi sulkeutuva tyristori ehtii palauttaa esto-ominaisuudet, kun siinä on negatiivinen jännite, toisin sanoen kulmassa φ (kuva 1, c).

Jos näin ei tapahdu, sulkeutuva tyristori voi avautua uudelleen, kun siihen syötetään myötäjännite. Tämä saa invertterin kaatumaan, jolloin syntyy hätävirta, kuten esim. jne. c. Tasavirtakoneet ja muuntaja vastaavat suuntaa. Kaatumisen välttämiseksi edellytys on pakollinen

missä δ — tyristorin lukitusominaisuuksien palautumiskulma; β = π — α Tämä on invertterin johtokulma.

Tyristorimuuntajien tehopiirejä, jotka on tarkoitettu moottoreiden ankkuripiireihin, valmistetaan sekä irreversiibelinä (yksi tasasuuntaajaryhmä tyristoreita) että reversiibelinä (kaksi tasasuuntaajaryhmää). Tyristorimuuntimien irreversiibelit versiot, jotka tarjoavat yksisuuntaisen johtumisen, mahdollistavat toiminnan moottori- ja generaattoritilassa vain yhdessä moottorin vääntömomentin suunnassa.

Momentin suunnan muuttamiseksi on tarpeen joko muuttaa ankkurivirran suuntaa kenttävuon vakion suunnalla tai muuttaa kenttävuon suuntaa samalla, kun ankkurivirran suunta säilyy.

Käänteisissä tyristorimuuntimissa on useita tehopiirikaavioita. Yleisin on kaavio, jossa kaksi venttiiliryhmää on kytketty rinnakkain muuntajan yhteen toisiokäämiin (kuva 2). Tällainen järjestely voidaan toteuttaa ilman erillistä muuntajaa syöttämällä tyristoriryhmiä yhteisestä vaihtoverkosta RT-reaktorien anodivirran rajoittimien kautta. Siirtyminen reaktoriversioon pienentää merkittävästi tyristorimuuntimen kokoa ja alentaa sen kustannuksia.

Moottorikenttien käämityspiirien tyristorimuuntimet valmistetaan pääosin peruuttamattomalla rakenteella. Kuvassa Kuva 3a esittää yhtä käytetyistä tasasuuntaajan kytkentäpiireistä. Piirin avulla voit vaihdella moottorin viritysvirtaa laajalla alueella. Virran minimiarvo syntyy, kun tyristorit T1 ja T2 ovat kiinni, ja suurin, kun ne ovat auki. Kuvassa Kuvat 3, b, d esittävät näiden kahden tyristorin tilan tasasuunnatun jännitteen muutoksen luonteen, ja kuvassa 10. 3, kun

Ohjausmenetelmät tyristorimuuntimien invertoimiseksi

Käänteisissä tyristorimuuntimissa on kaksi päätapaa ohjata venttiiliryhmiä - yhteinen ja erillinen. Yhteisjohtamista sen sijaan tehdään johdonmukaisesti ja epäjohdonmukaisesti.

Koordinoidulla ohjauksella, ampumapulssilla tyristorit sovelletaan kahteen venttiiliryhmään siten, että korjatun jännitteen keskiarvot molemmille ryhmille ovat samat. Tämä tarjotaan ehdolla

missä av ja ai — tasasuuntaajien ja invertterien ryhmien säätökulmat. Epäyhtenäisen ohjauksen tapauksessa invertteriryhmän keskijännite ylittää tasasuuntaajaryhmän jännitteen. Tämä saavutetaan sillä ehdolla, että

Yhteisohjattujen ryhmäjännitteiden hetkelliset arvot eivät ole aina samat keskenään, minkä seurauksena tyristoriryhmien ja muuntajan käämien muodostamassa suljetussa silmukassa (tai piireissä) kulkee tasausvirta, joka rajoittaa mitkä tasausreaktorit. UR1-UR4 sisältyvät tyristorimuuntimeen (katso kuva 1).

Reaktorit on kytketty tasausvirtasilmukkaan, yksi tai kaksi ryhmää kohden, ja niiden induktanssi valitaan siten, että tasausvirta ei ylitä 10 % nimelliskuormitusvirrasta. Kun virtaa rajoittavat reaktorit kytketään päälle, kaksi ryhmää kohden, ne kyllästyvät kuormitusvirran kulkiessa. Esimerkiksi ryhmän B toiminnan aikana reaktorit UR1 ja UR2 kyllästyvät, kun taas reaktorit URZ ja UR4 jäävät tyydyttymättömiksi ja rajoittavat tasausvirtaa. Jos reaktorit ovat päällä, yksi ryhmää kohden (UR1 ja URZ), ne eivät ole kyllästyneet hyötykuorman virratessa.

Muuntimissa, joissa on epäjohdonmukainen ohjaus, on pienempi reaktorikoko kuin koordinoidulla ohjauksella.Epäjohdonmukaisella ohjauksella kuitenkin sallittujen säätökulmien alue pienenee, mikä johtaa muuntajan huonompaan käyttöön ja asennuksen tehokertoimen laskuun Samalla sähkön ohjauksen ja nopeusominaisuuksien lineaarisuus ajoa on rikottu. Venttiiliryhmien erillistä ohjausta käytetään tasausvirtojen eliminoimiseksi kokonaan.

Erillinen ohjaus koostuu siitä, että ohjauspulssit kohdistetaan vain siihen ryhmään, jonka pitäisi tällä hetkellä toimia. Tyhjäkäyntiryhmän venttiileihin ei syötetä ohjauspulsseja. Tyristorimuuntimen toimintatilan vaihtamiseen käytetään erityistä kytkinlaitetta, joka tyristorimuuntimen virran ollessa nolla poistaa ensin ohjauspulssit edellisestä työryhmästä ja sitten lyhyen tauon jälkeen (5- 10 ms), lähettää ohjauspulsseja toiselle ryhmälle.

Erillisellä ohjauksella ei tarvitse sisällyttää tasausreaktoreita erillisten venttiiliryhmien piiriin, muuntaja voidaan käyttää täysimääräisesti, todennäköisyys, että invertteri kaatuu tyristorimuuntimen käyttöajan lyhenemisen vuoksi invertteritilassa on pienennetään, energiahäviöt vähenevät ja vastaavasti sähkökäytön hyötysuhde kasvaa tasausvirtojen puuttuessa. Erillinen ohjaus asettaa kuitenkin korkeat vaatimukset ohjauspulssien estävien laitteiden luotettavuudelle.

Vika estolaitteiden toiminnassa ja ohjauspulssien esiintyminen toimimattomassa tyristoriryhmässä johtavat sisäiseen oikosulkuun tyristorimuuntimessa, koska ryhmien välistä tasausvirtaa tässä tapauksessa rajoittaa vain muuntajan reaktanssi käämittää ja saavuttaa liian suuren arvon.