Tirisztoros DC / DC átalakítók

A tirisztoros DC / DC konverter (DC) egy olyan eszköz, amely a váltakozó áramot egyenárammá alakítja a kimeneti paraméterek (áram és feszültség) adott törvénye szerint. A tirisztoros konvertereket a motorok armatúra áramköreinek és terepi tekercseinek táplálására tervezték.

A tirisztoros átalakítók a következő alapegységekből állnak:

• transzformátor vagy áramkorlátozó reaktor az AC oldalon,

• egyenirányító blokkok,

• simítóreaktorok,

• az irányítási, védelmi és jelzőrendszer elemei.

A transzformátor illeszkedik az átalakító bemeneti és kimeneti feszültségéhez, és (az áramkorlátozó reaktorhoz hasonlóan) korlátozza a rövidzárlati áramot a bemeneti áramkörökben. A simító reaktorokat az egyenirányított feszültség és áram hullámainak elsimítására tervezték. A reaktorok nem állnak rendelkezésre, ha a terhelési induktivitás elegendő a hullámosság bizonyos határokon belüli korlátozására.

A tirisztoros DC-DC konverterek alkalmazása gyakorlatilag ugyanazokat az elektromos hajtási karakterisztikákat teszi lehetővé, mint a forgó átalakítók használatakor. generátor-motor rendszerek (D — D), vagyis a motor fordulatszámának és nyomatékának széles tartományban történő beállítására, speciális mechanikai jellemzők és a tranziensek kívánt jellegének elérése indításkor, leálláskor, hátramenetkor stb.

A forgó statikus átalakítókhoz képest azonban számos ismert előnnyel rendelkeznek, ezért a daru elektromos hajtások új fejlesztéseiben a statikus átalakítókat részesítik előnyben. A tirisztoros DC-DC konverterek a legígéretesebbek az 50-100 kW-nál nagyobb teljesítményű daruszerkezetek elektromos hajtásaiban, valamint olyan mechanizmusokban, ahol szükség van a hajtás speciális jellemzőinek megszerzésére statikus és dinamikus üzemmódokban.

Egyenirányítási sémák, átalakítók teljesítményáramköreinek felépítésének elvei

A tirisztoros konverterek egyfázisú és többfázisúak korrekciós áramkörök… Számos tervezési arány létezik az alapvető javítási sémákhoz. Ezen sémák egyike az ábrán látható. 1, a. Az α szabályozási szög változtatásával előállított Va feszültség és Ia áram szabályozása... Az ábrán. Az 1, b-e ábrán például látható az áramok és feszültségek változásának természete egy aktív-induktív terhelésű háromfázisú nulla egyenirányító áramkörben.

Rizs. 1. Háromfázisú nulla áramkör (a) és diagramok az áram- és feszültségváltozásokról az egyenirányító (b, c) és az inverter (d, e) üzemmódban.

Az ábrákon látható γ szög (kapcsolási szög) azt az időtartamot jellemzi, amely alatt az áram egyszerre folyik át két tirisztoron. A beállított Вa feszültség átlagos értékének az α beállítási szögtől való függését szabályozási karakterisztikának nevezzük.

Semleges áramkörök esetén az átlagos egyenirányított feszültséget a kifejezés adja meg

ahol m - a transzformátor szekunder tekercsének fázisainak száma; U2f a transzformátor szekunder tekercsének fázisfeszültségének effektív értéke.

Hídáramkörök esetén Udo 2-szer nagyobb, mivel ezek az áramkörök két nulla áramkör soros kapcsolásával egyenértékűek.

Az egyfázisú korrekciós áramköröket általában viszonylag nagy induktív ellenállású áramkörökben használják. Ezek a motorok független gerjesztőtekercseinek áramkörei, valamint kis teljesítményű (10-15 kW-ig) motorok armatúra áramkörei. A többfázisú áramkörök főként 15–20 kW-nál nagyobb teljesítményű motorok armatúra áramköreinek öntésére, ritkábban terepi tekercsek táplálására használatosak. Az egyfázisúkhoz képest a többfázisú egyenirányító áramkörök számos előnnyel rendelkeznek. A főbbek: az egyenirányított feszültség és áram alacsonyabb pulzálása, a transzformátor és a tirisztorok jobb kihasználása, a táphálózat fázisainak szimmetrikus terhelése.

A 20 kW-nál nagyobb teljesítményű daruhajtásokhoz tervezett tirisztoros DC-DC átalakítókban a háromfázisú hídáramkör… Ennek oka a transzformátor és a tirisztorok jó kihasználása, az egyenirányított feszültség és áram alacsony hullámossága, valamint a transzformátor áramkörének és kialakításának egyszerűsége.A háromfázisú hídáramkör ismert előnye, hogy nem transzformátor csatlakozással, hanem áramkorlátozó reaktorral készíthető, melynek méretei lényegesen kisebbek a transzformátor méreteinél.

Háromfázisú semleges áramkörben a transzformátor általánosan használt D / D és Δ / Y csatlakozási csoportokkal való használatának feltételei rosszabbak a fluxus állandó komponensének jelenléte miatt. Ez a mágneses áramkör keresztmetszetének és ennek megfelelően a transzformátor tervezési teljesítményének növekedéséhez vezet. A fluxus állandó összetevőjének kiküszöbölésére a transzformátor szekunder tekercseinek cikcakk csatlakozását alkalmazzák, ami némileg növeli a tervezési teljesítményt is. A megnövekedett szint, az egyenirányított feszültség hullámzása a fent említett hátrányokkal együtt korlátozza a háromfázisú semleges áramkör használatát.

Hatfázisú reaktoráramkör ajánlott alacsony feszültség és nagy áram esetén, mivel ebben az áramkörben a terhelési áram párhuzamosan folyik, nem pedig sorosan két diódán keresztül, mint egy háromfázisú hídáramkörben. Ennek az áramkörnek a hátránya egy simítóreaktor jelenléte, amelynek tipikus teljesítménye a korrigált névleges teljesítmény körülbelül 70%-a. Ezenkívül a hatfázisú áramkörökben meglehetősen összetett transzformátor-konstrukciót használnak.

A tirisztorokon alapuló egyenirányító áramkörök két üzemmódban működnek - egyenirányító és inverter. Inverteres üzemmódban a terhelési áramkör energiája az ellátó hálózatba kerül, vagyis az egyenirányítós üzemmóddal ellentétes irányban, ezért invertáláskor az áram és az e. stb. c) a transzformátor tekercsei ellentétes irányúak, és kiegyenesítve - ennek megfelelően.Az áramforrás invertáló üzemmódban e. stb. c) terhelés (DC gépek, induktivitás), amelynek meg kell haladnia az inverter feszültségét.

A tirisztoros konverter átvitele az egyenirányító üzemmódból az inverter üzemmódba az e. polaritásának megváltoztatásával történik. stb. c) a terhelés és az α szög növelése π / 2 felett induktív terheléssel.

Rizs. 2. Antipárhuzamos áramkör szelepcsoportok bekapcsolásához. UR1 — UR4 — szintező reaktorok; RT – áramkorlátozó reaktor; CP – simítóreaktor.

Rizs. 3. Az irreverzibilis TP sémája motorok gerjesztőtekercseinek áramköreihez. Az inverziós mód biztosításához szükséges, hogy a következő záró tirisztornak legyen ideje visszaállítani a blokkoló tulajdonságait, miközben negatív feszültség van rajta, azaz φ szögben (1. ábra, c).

Ha ez nem történik meg, akkor a záró tirisztor újra kinyithat, mivel előremenő feszültség kerül rá. Ez az inverter felborulását okozza, ahol vészáram lép fel, mint pl. stb. c) Az egyenáramú gépek és a transzformátor iránya megegyezik. A borulás elkerülése érdekében a feltétel szükséges

ahol δ – a tirisztor reteszelő tulajdonságainak helyreállítási szöge; β = π — α Ez az inverter vezetési szöge.

A motorok armatúra áramköreinek táplálására szolgáló tirisztoros átalakítók teljesítményáramkörei irreverzibilis (egy egyenirányító tirisztorcsoport) és reverzibilis (két egyenirányító csoport) változatban is készülnek. A tirisztoros konverterek irreverzibilis változatai, amelyek egyirányú vezetést biztosítanak, lehetővé teszik a motor és a generátor üzemmódban történő működést csak egy motornyomatékirányban.

A nyomaték irányának megváltoztatásához vagy az armatúraáram irányát a mező fluxusállandójának irányával kell megváltoztatni, vagy a mező fluxusának irányát az armatúraáram irányának megőrzése mellett.

Az invertáló tirisztoros átalakítóknak többféle áramköri diagramja van. A legelterjedtebb a két szelepcsoport anti-párhuzamos csatlakoztatása a transzformátor egy szekunder tekercséhez (2. ábra). Egy ilyen séma külön transzformátor nélkül megvalósítható úgy, hogy a tirisztorcsoportokat egy közös váltakozó hálózatból táplálják az RT reaktorok anódáramhatárolóin keresztül. A reaktoros változatra való áttérés jelentősen csökkenti a tirisztoros átalakító méretét és csökkenti annak költségeit.

A motorterek tekercselési áramköreinek tirisztoros átalakítói főként irreverzibilis kivitelben készülnek. ábrán. A 3a. ábra az egyik használt egyenirányító kapcsoló áramkört mutatja. Az áramkör lehetővé teszi a motor gerjesztési áramának széles tartományban történő változtatását. Az áram minimális értéke a T1 és T2 tirisztorok zárt állapotában, a maximális pedig nyitott állapotban jelentkezik. ábrán. A 3., b, d ábrák az egyenirányított feszültség változásának természetét mutatják a tirisztorok e két állapota esetén, és az 1. ábra. 3, abban az állapotban, amikor

A tirisztoros átalakítók invertálásának vezérlési módszerei

Az invertáló tirisztoros átalakítóknál két fő módja van a szelepcsoportok vezérlésének - közös és különálló. A társmenedzsment viszont következetesen és következetlenül történik.

Koordinált vezérléssel, lövöldözéssel tirisztorok A két szelepcsoportra úgy vonatkoznak, hogy a két csoport korrigált feszültségének átlagértékei megegyezzenek egymással. Ezt feltétellel biztosítják

ahol av és ai — az egyenirányítók és inverterek csoportjainak beállítási szögei. Inkonzisztens szabályozás esetén az invertercsoport átlagos feszültsége meghaladja az egyenirányító csoport feszültségét. Ezt azzal a feltétellel érik el, hogy

Az együttes vezérlésű csoportfeszültségek pillanatnyi értéke nem mindig egyenlő egymással, aminek következtében a tirisztorcsoportok és a transzformátor tekercsek által alkotott zárt hurokban (vagy áramkörökben) kiegyenlítő áram folyik, amely korlátozza, hogy mely kiegyenlítő reaktorokat korlátozza. Az UR1-UR4 a tirisztoros átalakító része (lásd 1. ábra).

A reaktorok a kiegyenlítő áramhurokhoz vannak kötve, csoportonként egy vagy kettő, induktivitását úgy választjuk meg, hogy a kiegyenlítő áram ne haladja meg a névleges terhelőáram 10%-át. Az áramkorlátozó reaktorok bekapcsolásakor, csoportonként kettő, telítődnek, amikor a terhelési áram folyik. Például a B csoport működése során az UR1 és UR2 reaktorok telítettek, míg az URZ és UR4 reaktorok telítetlenek maradnak és korlátozzák a kiegyenlítő áramot. Ha a reaktorok be vannak kapcsolva, csoportonként egy (UR1 és URZ), nincsenek telítve, amikor a hasznos teher áramlik.

Az inkonzisztens szabályozású konverterek kisebb reaktormérettel rendelkeznek, mint az összehangolt szabályozással.Inkonzisztens szabályozás esetén azonban csökken a megengedett szabályozási szögek tartománya, ami a transzformátor rosszabb kihasználásához és a berendezés teljesítménytényezőjének csökkenéséhez vezet, ugyanakkor a villamos vezérlés és sebesség karakterisztikája linearitása meghajtó sérül. A szelepcsoportok külön vezérlését használják a kiegyenlítő áramok teljes kiküszöbölésére.

A külön vezérlés abból áll, hogy a vezérlő impulzusok csak arra a csoportra vonatkoznak, amelynek éppen működnie kell. Az alapjárati csoport szelepei nem kapnak vezérlőimpulzusokat. A tirisztoros átalakító üzemmódjának megváltoztatásához egy speciális kapcsolókészüléket használnak, amely a tirisztoros átalakító áramának nulla esetén először eltávolítja a vezérlő impulzusokat az előző munkacsoportból, majd rövid szünet után (5- 10 ms), vezérlő impulzusokat küld a másik csoportnak.

Külön vezérléssel nem kell kiegyenlítő reaktorokat beépíteni a külön szelepcsoportok körébe, a transzformátor teljes mértékben kihasználható, az inverter felborulásának valószínűsége a tirisztoros átalakító üzemidejének csökkenése miatt inverteres üzemmódban csökkennek, csökkennek az energiaveszteségek, és ennek megfelelően nő az elektromos hajtás hatásfoka a kiegyenlítő áramok hiánya miatt. A külön vezérlés azonban magas követelményeket támaszt a vezérlőimpulzusok blokkolására szolgáló eszközök megbízhatóságával szemben.

A blokkoló eszközök működésének meghibásodása és a vezérlő impulzusok megjelenése egy nem működő tirisztorcsoporton belső rövidzárlathoz vezet a tirisztor átalakítóban, mivel a csoportok közötti kiegyenlítő áramot ebben az esetben csak a transzformátor reaktanciája korlátozza. tekercselődik, és elfogadhatatlanul nagy értéket ér el.