Convertidors de tiristor DC/DC

El convertidor de tiristors DC/DC (DC) és un dispositiu per convertir el corrent altern en corrent continu amb regulació segons una llei determinada dels paràmetres de sortida (intensitat i tensió). Els convertidors de tiristors estan dissenyats per alimentar els circuits d'induït dels motors i els seus bobinatges de camp.

Els convertidors de tiristors consten de les unitats bàsiques següents:

• un transformador o un reactor limitador de corrent al costat de CA,

• blocs rectificadors,

• reactors de suavització,

• elements del sistema de control, protecció i senyalització.

El transformador coincideix amb les tensions d'entrada i sortida del convertidor i (com el reactor de limitació de corrent) limita el corrent de curtcircuit als circuits d'entrada. Els reactors de suavització estan dissenyats per suavitzar les ondulacions de la tensió i el corrent rectificats. Els reactors no es proporcionen si la inductància de càrrega és suficient per limitar la ondulació dins de determinats límits.

L'ús de convertidors de tiristor DC-DC permet realitzar pràcticament les mateixes característiques d'accionament elèctric que quan s'utilitzen convertidors rotatius en sistemes generador-motor (D — D), és a dir, ajustar la velocitat i el parell del motor en un ampli rang, per obtenir característiques mecàniques especials i la naturalesa desitjada dels transitoris a l'arrencada, aturada, marxa enrere, etc.

Tanmateix, en comparació amb els convertidors estàtics rotatius, tenen una sèrie d'avantatges coneguts, per la qual cosa els convertidors estàtics es prefereixen en els nous desenvolupaments d'accionaments elèctrics de grua. Els convertidors DC-DC de tiristors són els més prometedors per al seu ús en accionaments elèctrics de mecanismes de grua amb una potència de més de 50-100 kW i mecanismes on es requereix per obtenir característiques especials de l'accionament en modes estàtics i dinàmics.

Esquemes de rectificació, principis de construcció dels circuits de potència dels convertidors

Els convertidors de tiristors es fabriquen amb monofàsics i multifàsics circuits correctius… Hi ha diverses ràtios de disseny per als esquemes bàsics de rectificació. Un d'aquests esquemes es mostra a la fig. 1, a. Regulació de la tensió Va i del corrent Ia produïda canviant l'angle de control α... A la fig. 1, b-e, per exemple, es mostra la naturalesa del canvi de corrents i tensions en un circuit trifàsic de rectificació zero amb una càrrega activa-inductiva.

Arròs. 1. Circuit neutre trifàsic (a) i esquemes de canvis de corrent i tensió en els modes rectificador (b, c) i inversor (d, e).

L'angle que es mostra als diagrames γ (angle de commutació) caracteritza el període de temps durant el qual el corrent flueix simultàniament a través de dos tiristors. La dependència del valor mitjà de la tensió ajustada Вa de l'angle d'ajust α s'anomena característica de control.

Per als circuits neutres, la tensió rectificada mitjana ve donada per l'expressió

on m — el nombre de fases del bobinatge secundari del transformador; U2f és el valor rms de la tensió de fase del bobinatge secundari del transformador.

Per als circuits pont Udo 2 vegades superior, perquè aquests circuits són equivalents a la connexió en sèrie de dos circuits zero.

Els circuits de correcció monofàsics s'utilitzen, per regla general, en circuits amb resistències inductives relativament grans, que són circuits de bobinatges d'excitació independents de motors, així com circuits d'induït de motors de baixa potència (fins a 10-15 kW). Els circuits polifàsics s'utilitzen principalment per a la colada de circuits d'induït de motors amb una potència de més de 15-20 kW i amb menys freqüència per alimentar bobinatges de camp. En comparació amb els monofàsics, els circuits rectificadors polifàsics tenen una sèrie d'avantatges. Les principals són: menor pulsació de la tensió i corrent rectificats, millor aprofitament del transformador i tiristors, càrrega simètrica de les fases de la xarxa de subministrament.

En els convertidors DC-DC de tiristors destinats a accionaments de grua amb una potència superior a 20 kW, l'ús de circuit pont trifàsic... Això es deu al bon ús del transformador i dels tiristors, al baix nivell d'ondulació de la tensió i corrent rectificats i a la senzillesa del circuit i disseny del transformador.Un avantatge conegut d'un circuit de pont trifàsic és que no es pot fer amb una connexió de transformador, sinó amb un reactor de limitació de corrent, les dimensions del qual són significativament més petites que les dimensions del transformador.

En un circuit neutre trifàsic, les condicions per utilitzar el transformador amb els grups de connexió d'ús habitual D / D i Δ / Y són pitjors a causa de la presència d'un component constant del flux. Això comporta un augment de la secció transversal del circuit magnètic i, en conseqüència, la potència de disseny del transformador. Per eliminar la component constant del flux, s'utilitza una connexió en ziga-zaga dels bobinatges secundaris del transformador, que també augmenta una mica la potència de disseny. L'augment del nivell, ondulació de la tensió rectificada, juntament amb l'inconvenient esmentat anteriorment, limita l'ús d'un circuit neutre trifàsic.

Es recomana un circuit de reactor de sis fases quan s'utilitza per a baixa tensió i alt corrent perquè en aquest circuit el corrent de càrrega flueix en paral·lel i no en sèrie a través de dos díodes com en un circuit de pont trifàsic. El desavantatge d'aquest circuit és la presència d'un reactor de suavització amb una potència típica d'aproximadament el 70% de la potència nominal corregida. A més, s'utilitza un disseny de transformador força complex en circuits de sis fases.

Els circuits rectificadors basats en tiristors proporcionen funcionament en dos modes: rectificador i inversor. Quan es treballa en mode inversor, l'energia del circuit de càrrega es transfereix a la xarxa de subministrament, és a dir, en sentit contrari en comparació amb el mode rectificador, per tant, en invertir, el corrent i e. etc. c) els bobinatges del transformador es dirigeixen de manera oposada i, quan es redrecen, d'acord.La font actual en mode inversor és e. etc. c) Càrrega (màquines de corrent continu, inductància) que ha de superar la tensió de l'inversor.

La transferència del convertidor de tiristors del mode rectificador al mode inversor s'aconsegueix canviant la polaritat de e. etc. c) augmentant la càrrega i l'angle α per sobre de π / 2 amb una càrrega inductiva.

Arròs. 2. Circuit antiparal·lel per a l'encesa de grups de vàlvules. UR1 — UR4 — reactors d'anivellament; RT — reactor limitador de corrent; CP — reactor de suavització.

Arròs. 3. Esquema de TP irreversible per a circuits de bobinats d'excitació de motors. Per garantir el mode d'inversió, és necessari que el següent tiristor de tancament tingui temps per restaurar les seves propietats de bloqueig mentre hi hagi una tensió negativa, és a dir, en l'angle φ (Fig. 1, c).

Si això no passa, el tiristor de tancament es pot tornar a obrir a mesura que s'aplica una tensió directa. Això farà que l'inversor bolqui, on es produirà un corrent d'emergència, com p. etc. c. Les màquines de corrent continu i el transformador coincidiran en la direcció. Per evitar un gir, cal la condició

on δ — l'angle de restauració de les propietats de bloqueig del tiristor; β = π — α Aquest és l'angle de sortida de l'inversor.

Els circuits de potència dels convertidors de tiristors, destinats a alimentar circuits d'induït de motors, es fabriquen tant en versions irreversibles (un grup rectificador de tiristors) com en versions reversibles (dos grups rectificadors). Les versions irreversibles dels convertidors de tiristors, que proporcionen conducció unidireccional, permeten el funcionament en modes de motor i generador en una sola direcció del parell del motor.

Per canviar la direcció del moment, cal canviar la direcció del corrent de l'induït amb la direcció del flux de camp constant, o bé canviar la direcció del flux de camp mantenint la direcció del corrent de l'induït.

Els convertidors de tiristors inversors tenen diversos tipus de diagrames de circuits de potència. El més comú és l'esquema amb connexió antiparal·lel de dos grups de vàlvules a un bobinatge secundari del transformador (Fig. 2). Aquest esquema es pot implementar sense un transformador separat alimentant grups de tiristors d'una xarxa alterna comuna mitjançant limitadors de corrent ànode de reactors RT. La transició a la versió del reactor redueix significativament la mida del convertidor de tiristor i redueix el seu cost.

Els convertidors de tiristors per a circuits de bobinat de camps de motor es fabriquen principalment en construcció irreversible. A la fig. La figura 3a mostra un dels circuits de commutació del rectificador utilitzats. El circuit permet variar el corrent d'excitació del motor en un ampli rang. El valor mínim del corrent es produeix quan els tiristors T1 i T2 estan tancats, i el màxim quan estan oberts. A la fig. 3, b, d mostra la naturalesa del canvi en la tensió rectificada per a aquests dos estats de tiristors, i a la Fig. 3, en la condició quan

Mètodes de control per invertir convertidors de tiristors

En els convertidors de tiristors invertits, hi ha dues maneres principals de controlar els grups de vàlvules: conjunt i separat. La cogestió, en canvi, es fa de manera coherent i inconsistent.

Amb control coordinat, disparant polsos tiristors s'apliquen als dos grups de vàlvules de manera que els valors mitjans de la tensió corregida dels dos grups siguin iguals entre si. Això es proporciona a condició

on av i ai — els angles d'ajust dels grups de rectificadors i inversors. En cas de control inconsistent, la tensió mitjana del grup inversor supera la tensió del grup rectificador. Això s'aconsegueix amb la condició que

El valor instantani de les tensions de grup amb control conjunt no són iguals entre si en tot moment, de manera que en un llaç tancat (o circuits) format per grups de tiristors i bobinats del transformador, flueix un corrent d'equalització per limitar quins reactors d'equalització. UR1-UR4 s'inclouen al convertidor de tiristors (vegeu la figura 1).

Els reactors estan connectats al bucle de corrent d'equalització, un o dos per grup, i la seva inductància s'escull de manera que el corrent d'equalització no superi el 10% del corrent de càrrega nominal. Quan s'encenen els reactors de limitació de corrent, dos per grup, es saturen quan flueix el corrent de càrrega. Per exemple, durant el funcionament del grup B, els reactors UR1 i UR2 estan saturats, mentre que els reactors URZ i UR4 romanen insaturats i limiten el corrent d'equalització. Si els reactors estan encesos, un per grup (UR1 i URZ), no estan saturats quan flueix la càrrega útil.

Els convertidors amb control inconsistent tenen mides de reactor més petites que amb control coordinat.No obstant això, amb un control inconsistent, el rang d'angles de control admissibles disminueix, la qual cosa comporta un pitjor ús del transformador i una disminució del factor de potència de la instal·lació Al mateix temps, la linealitat del control i les característiques de velocitat de l'electricitat. la unitat està violada. El control separat de grups de vàlvules s'utilitza per eliminar completament els corrents d'equalització.

El control separat consisteix en el fet que els polsos de control s'apliquen només al grup que hauria d'estar treballant en aquest moment. Els polsos de control no es subministren a les vàlvules del grup inactiu. Per canviar el mode de funcionament del convertidor de tiristors, s'utilitza un dispositiu de commutació especial que, quan el corrent del convertidor de tiristor és zero, primer elimina els polsos de control del grup de treball anterior i després, després d'una breu pausa (5- 10 ms), envia polsos de control a l'altre grup.

Amb un control separat, no cal incloure reactors d'equalització al circuit de grups separats de vàlvules, el transformador es pot utilitzar completament, la probabilitat que l'inversor es bolqui a causa d'una disminució del temps de funcionament del convertidor de tiristors en mode inversor és Es redueixen les pèrdues d'energia i, en conseqüència, augmenta l'eficiència de l'accionament elèctric a causa de l'absència de corrents d'igualització. El control separat, però, exigeix ​​grans exigències sobre la fiabilitat dels dispositius per bloquejar els polsos de control.

El mal funcionament dels dispositius de bloqueig i l'aparició de polsos de control en un grup de tiristors que no funciona condueixen a un curtcircuit intern al convertidor de tiristors, ja que el corrent d'igualització entre els grups en aquest cas només està limitat per la reactància del transformador. bobinatges i assoleix un valor inacceptablement gran.