Konverter DC / DC thyristor

Konverter DC / DC thyristor (DC) adalah perangkat untuk mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah dengan pengaturan sesuai dengan hukum yang diberikan dari parameter keluaran (arus dan tegangan). Konverter thyristor dirancang untuk memberi daya pada sirkuit angker motor dan belitan medannya.

Konverter thyristor terdiri dari unit dasar berikut:

• transformator atau reaktor pembatas arus di sisi AC,

• blok penyearah,

• reaktor penghalus,

• elemen sistem kontrol, proteksi dan sinyal.

Transformator mencocokkan tegangan input dan output konverter dan (seperti reaktor pembatas arus) membatasi arus hubung singkat di sirkuit input. Reaktor penghalus dirancang untuk menghaluskan riak dari tegangan dan arus yang diperbaiki. Reaktor tidak disediakan jika induktansi beban cukup untuk membatasi riak dalam batas tertentu.

Penggunaan konverter DC-DC thyristor memungkinkan untuk mewujudkan karakteristik penggerak listrik yang hampir sama seperti saat menggunakan konverter putar di sistem motor-generator (D - D), yaitu, untuk menyesuaikan kecepatan dan torsi mesin pada rentang yang luas, untuk mendapatkan karakteristik mekanis khusus dan sifat transien yang diinginkan saat start, stop, mundur, dll.

Namun, dibandingkan dengan konverter statis putar, mereka memiliki sejumlah keunggulan yang diketahui, itulah sebabnya konverter statis lebih disukai dalam pengembangan baru penggerak listrik derek. Konverter DC-DC thyristor adalah yang paling menjanjikan untuk digunakan pada penggerak listrik mekanisme derek dengan daya lebih dari 50-100 kW dan mekanisme yang memerlukan karakteristik khusus penggerak dalam mode statis dan dinamis.

Skema perbaikan, prinsip konstruksi rangkaian daya konverter

Konverter thyristor dibuat dengan fase tunggal dan multi fase sirkuit korektif… Ada beberapa rasio desain untuk skema rektifikasi dasar. Salah satu skema ini ditunjukkan pada gambar. 1, sebuah. Regulasi tegangan Va dan arus Ia diproduksi dengan mengubah sudut kontrol α... Pada gbr. 1, b-e, misalnya, sifat perubahan arus dan tegangan dalam rangkaian penyearah nol tiga fase dengan beban aktif-induktif ditunjukkan

Beras. 1. Rangkaian netral tiga fasa (a) dan diagram perubahan arus dan tegangan pada mode penyearah (b, c) dan inverter (d, e).

Sudut yang ditunjukkan pada diagram γ (sudut sakelar) mencirikan periode waktu di mana arus mengalir secara bersamaan melalui dua thyristor. Ketergantungan nilai rata-rata tegangan yang disesuaikan Вa pada sudut penyesuaian α disebut karakteristik kontrol.

Untuk sirkuit netral, tegangan rata-rata yang diperbaiki diberikan oleh ekspresi

di mana m - jumlah fase belitan sekunder transformator; U2f adalah nilai rms tegangan fasa belitan sekunder transformator.

Untuk rangkaian jembatan Udo 2 kali lebih tinggi, karena rangkaian ini ekivalen dengan sambungan seri dua rangkaian nol.

Sirkuit koreksi satu fase digunakan, sebagai aturan, di sirkuit dengan relatif besar resistansi induktif... Ini adalah sirkuit belitan motor eksitasi independen, serta sirkuit angker motor berdaya rendah (hingga 10-15 kW). Sirkuit polifase terutama digunakan untuk pengecoran sirkuit angker motor dengan daya lebih dari 15-20 kW dan lebih jarang untuk menyalakan belitan medan. Dibandingkan dengan fase tunggal, rangkaian penyearah polifase memiliki sejumlah keunggulan. Yang utama adalah: denyut yang lebih rendah dari tegangan dan arus yang diperbaiki, penggunaan trafo dan thyristor yang lebih baik, pemuatan simetris dari fase jaringan suplai.

Pada konverter DC-DC thyristor yang ditujukan untuk penggerak derek dengan daya lebih dari 20 kW, penggunaan rangkaian jembatan tiga fasa… Ini karena penggunaan trafo dan thyristor yang baik, tingkat riak rendah dari tegangan dan arus yang diperbaiki, dan kesederhanaan rangkaian dan desain trafo.Keuntungan terkenal dari rangkaian jembatan tiga fase adalah dapat dibuat bukan dengan koneksi transformator, tetapi dengan reaktor pembatas arus, yang dimensinya jauh lebih kecil daripada dimensi transformator.

Dalam rangkaian netral tiga fase, kondisi penggunaan transformator dengan grup sambungan D / D dan Δ / Y yang umum digunakan lebih buruk karena adanya komponen fluks yang konstan. Hal ini menyebabkan peningkatan penampang sirkuit magnetik dan, karenanya, daya desain transformator. Untuk menghilangkan komponen fluks yang konstan, sambungan zigzag dari belitan sekunder transformator digunakan, yang juga meningkatkan daya desain. Tingkat yang meningkat, riak dari tegangan yang diperbaiki, bersama dengan kelemahan yang disebutkan di atas, membatasi penggunaan sirkuit netral tiga fase.

Rangkaian reaktor enam fasa direkomendasikan bila digunakan untuk tegangan rendah dan arus tinggi karena pada rangkaian ini arus beban mengalir secara paralel daripada seri melalui dua dioda seperti pada rangkaian jembatan tiga fasa. Kerugian dari rangkaian ini adalah adanya reaktor penghalus dengan daya tipikal sekitar 70% dari daya pengenal yang dikoreksi. Selain itu, desain transformator yang agak rumit digunakan di sirkuit enam fase.

Sirkuit penyearah berdasarkan thyristor menyediakan operasi dalam dua mode - penyearah dan inverter. Saat beroperasi dalam mode inverter, energi dari rangkaian beban ditransfer ke jaringan suplai, yaitu berlawanan arah dibandingkan dengan mode penyearah, oleh karena itu, saat membalik, arus dan e. dll. c. belitan trafo diarahkan berlawanan, dan saat diluruskan - sesuai.Sumber arus dalam mode pembalik adalah e. dll. c.beban (mesin DC, induktansi) yang harus melebihi tegangan inverter.

Pengalihan konverter thyristor dari mode penyearah ke mode inverter dicapai dengan mengubah polaritas e. dll. c.menaikkan beban dan sudut α di atas π/2 dengan beban induktif.

Beras. 2. Sirkuit anti-paralel untuk menyalakan kelompok katup. UR1 — UR4 — reaktor penyamarataan; RT — reaktor pembatas arus; CP — reaktor penghalus.

Beras. 3. Skema TP ireversibel untuk rangkaian belitan eksitasi motor. Untuk memastikan mode inversi, thyristor penutup berikutnya harus memiliki waktu untuk memulihkan sifat pemblokirannya sementara ada tegangan negatif di atasnya, yaitu pada sudut φ (Gbr. 1, c).

Jika ini tidak terjadi, maka thyristor penutup dapat dibuka kembali saat tegangan maju diterapkan padanya. Ini akan menyebabkan inverter terbalik, di mana arus darurat akan terjadi, seperti mis. dll. c. Mesin DC dan trafo akan sesuai arahnya. Untuk menghindari rollover, kondisi ini diperlukan

dimana δ — sudut pemulihan sifat penguncian thyristor; β = π — α Ini adalah sudut depan inverter.

Sirkuit daya konverter thyristor, yang dimaksudkan untuk menyalakan sirkuit angker motor, dibuat dalam versi yang tidak dapat diubah (satu kelompok penyearah thyristor) dan dapat dibalik (dua kelompok penyearah). Versi ireversibel dari konverter thyristor, menyediakan konduksi searah, memungkinkan operasi dalam mode motor dan generator hanya dalam satu arah torsi motor.

Untuk mengubah arah momen, perlu mengubah arah arus jangkar dengan arah konstanta fluks medan, atau mengubah arah fluks medan sambil mempertahankan arah arus jangkar.

Konverter thyristor pembalik memiliki beberapa jenis diagram rangkaian daya. Yang paling umum adalah skema dengan koneksi anti-paralel dari dua kelompok katup ke satu belitan sekunder transformator (Gbr. 2). Skema semacam itu dapat diimplementasikan tanpa transformator terpisah dengan memberi makan kelompok thyristor dari jaringan bolak-balik umum melalui pembatas arus anoda reaktor RT. Transisi ke versi reaktor secara signifikan mengurangi ukuran konverter thyristor dan mengurangi biayanya.

Konverter thyristor untuk sirkuit belitan medan motor terutama dibuat dalam konstruksi yang tidak dapat diubah. Dalam gambar. 3a menunjukkan salah satu rangkaian switching penyearah yang digunakan. Sirkuit ini memungkinkan Anda memvariasikan arus eksitasi motor dalam rentang yang luas. Nilai minimum arus terjadi ketika thyristor T1 dan T2 ditutup, dan maksimum ketika dibuka. Dalam gambar. 3, b, d menunjukkan sifat perubahan tegangan yang diperbaiki untuk dua keadaan thyristor ini, dan pada Gambar. 3, untuk kondisi kapan

Metode kontrol untuk membalikkan konverter thyristor

Dalam konverter thyristor pembalik, ada dua cara utama untuk mengontrol grup katup - sambungan dan pemisahan. Co-manajemen, di sisi lain, dilakukan secara konsisten dan tidak konsisten.

Dengan kontrol terkoordinasi, menembak pulsa thyristor diterapkan pada dua kelompok katup sedemikian rupa sehingga nilai rata-rata tegangan terkoreksi untuk kedua kelompok sama satu sama lain. Ini disediakan dengan syarat

dimana av dan ai — sudut penyesuaian kelompok penyearah dan inverter. Dalam kasus kontrol yang tidak konsisten, tegangan rata-rata kelompok inverter melebihi tegangan kelompok penyearah. Hal ini dicapai dengan syarat bahwa

Nilai sesaat dari tegangan grup dengan kontrol bersama tidak sama satu sama lain setiap saat, akibatnya dalam loop tertutup (atau sirkuit) yang dibentuk oleh grup thyristor dan belitan transformator, aliran arus penyeimbang untuk membatasi reaktor pemerataan mana UR1-UR4 termasuk dalam konverter thyristor (lihat Gbr. 1).

Reaktor dihubungkan ke loop penyeimbang arus, satu atau dua per kelompok, dan induktansinya dipilih sehingga penyeimbang arus tidak melebihi 10% dari arus beban pengenal. Ketika reaktor pembatas arus dihidupkan, dua per kelompok, mereka menjadi jenuh ketika arus beban mengalir. Misalnya, selama operasi grup B, reaktor UR1 dan UR2 jenuh, sedangkan reaktor URZ dan UR4 tetap tidak jenuh dan membatasi arus penyeimbang. Jika reaktor menyala, satu per grup (UR1 dan URZ), reaktor tersebut tidak jenuh saat muatan mengalir.

Konverter dengan kontrol yang tidak konsisten memiliki ukuran reaktor yang lebih kecil dibandingkan dengan kontrol terkoordinasi.Namun, dengan kontrol yang tidak konsisten, kisaran sudut kontrol yang diizinkan berkurang, yang mengarah pada penggunaan transformator yang lebih buruk dan penurunan faktor daya instalasi.Pada saat yang sama, linearitas karakteristik kontrol dan kecepatan listrik berkendara dilanggar. Kontrol terpisah dari kelompok katup digunakan untuk sepenuhnya menghilangkan arus pemerataan.

Kontrol terpisah terdiri dari fakta bahwa pulsa kontrol hanya diterapkan ke grup yang seharusnya bekerja saat ini. Pulsa kontrol tidak disuplai ke katup grup idle. Untuk mengubah mode operasi konverter thyristor, perangkat sakelar khusus digunakan, yang, ketika arus konverter thyristor nol, pertama-tama menghilangkan pulsa kontrol dari kelompok kerja sebelumnya, dan kemudian, setelah jeda singkat (5- 10 ms), mengirimkan pulsa kontrol ke grup lain.

Dengan kontrol terpisah, tidak perlu memasukkan reaktor penyama dalam rangkaian kelompok katup yang terpisah, transformator dapat digunakan sepenuhnya, kemungkinan inverter terbalik karena penurunan waktu pengoperasian konverter thyristor dalam mode inverter adalah berkurang, kehilangan energi berkurang dan karenanya efisiensi penggerak listrik meningkat karena tidak adanya arus penyeimbang. Kontrol terpisah, bagaimanapun, menempatkan tuntutan tinggi pada keandalan perangkat untuk memblokir pulsa kontrol.

Kerusakan dalam pengoperasian perangkat pemblokiran dan munculnya pulsa kontrol pada grup thyristor yang tidak berfungsi menyebabkan korsleting internal pada konverter thyristor, karena arus penyama antara grup dalam hal ini hanya dibatasi oleh reaktansi transformator berliku dan mencapai nilai yang sangat besar.