Bộ chuyển đổi DC / DC Thyristor

Bộ chuyển đổi Thyristor DC / DC (DC) là một thiết bị để chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều với sự điều chỉnh theo một quy luật nhất định của các tham số đầu ra (dòng điện và điện áp). Bộ chuyển đổi thyristor được thiết kế để cấp nguồn cho các mạch phần ứng của động cơ và cuộn dây trường của chúng.

Bộ chuyển đổi thyristor bao gồm các đơn vị cơ bản sau:

• một máy biến áp hoặc cuộn kháng hạn chế dòng điện ở phía AC,

• khối chỉnh lưu,

• làm mịn lò phản ứng,

• các yếu tố của hệ thống điều khiển, bảo vệ và tín hiệu.

Máy biến áp phù hợp với điện áp đầu vào và đầu ra của bộ chuyển đổi và (giống như cuộn kháng giới hạn dòng điện) giới hạn dòng điện ngắn mạch trong các mạch đầu vào. Lò phản ứng làm mịn được thiết kế để làm mịn các gợn sóng của điện áp và dòng điện được chỉnh lưu. Lò phản ứng không được cung cấp nếu độ tự cảm của tải đủ để hạn chế gợn sóng trong giới hạn nhất định.

Việc sử dụng bộ chuyển đổi DC-DC thyristor cho phép thực tế nhận ra các đặc tính truyền động điện giống như khi sử dụng bộ chuyển đổi quay trong hệ thống máy phát điện-động cơ (D — D), nghĩa là điều chỉnh tốc độ và mô-men xoắn của động cơ trong một phạm vi rộng, để có được các đặc tính cơ học đặc biệt và bản chất mong muốn của quá độ khi khởi động, dừng, đảo chiều, v.v.

Tuy nhiên, so với bộ chuyển đổi tĩnh quay, chúng có một số ưu điểm đã biết, đó là lý do tại sao bộ chuyển đổi tĩnh được ưa chuộng hơn trong các phát triển mới của truyền động điện cần trục. Bộ chuyển đổi Thyristor DC-DC hứa hẹn nhất để sử dụng trong truyền động điện của các cơ cấu cần trục có công suất hơn 50-100 kW và các cơ cấu yêu cầu đạt được các đặc tính đặc biệt của truyền động ở chế độ tĩnh và động.

Sơ đồ chỉnh lưu, nguyên lý cấu tạo mạch nguồn của bộ biến đổi

Bộ chuyển đổi thyristor được chế tạo với một pha và nhiều pha mạch điều chỉnh… Có một số tỷ lệ thiết kế cho sơ đồ cải chính cơ bản. Một trong những sơ đồ này được hiển thị trong hình. 1, một. Điều chỉnh điện áp Va và dòng điện Ia được tạo ra bằng cách thay đổi góc điều khiển α... Trong hình. 1, b-e, ví dụ, bản chất của sự thay đổi dòng điện và điện áp trong mạch chỉnh lưu không ba pha với tải cảm ứng hoạt động được hiển thị

Cơm. 1. Mạch trung tính ba pha (a) và sơ đồ biến đổi dòng điện, điện áp ở chế độ chỉnh lưu (b, c) và nghịch lưu (d, e).

Góc thể hiện trong sơ đồ γ (góc chuyển mạch) đặc trưng cho khoảng thời gian mà dòng điện chạy đồng thời qua hai thyristor. Sự phụ thuộc của giá trị trung bình của điện áp điều chỉnh Вa vào góc điều chỉnh α được gọi là đặc tính điều khiển.

Đối với mạch trung tính, điện áp chỉnh lưu trung bình được cho bởi biểu thức

trong đó m - số pha của cuộn thứ cấp của máy biến áp; U2f là giá trị hiệu dụng của điện áp pha ở cuộn thứ cấp của máy biến áp.

Đối với mạch cầu Udo cao gấp 2 lần, vì các mạch này tương đương với việc mắc nối tiếp hai mạch không.

Theo quy luật, các mạch hiệu chỉnh một pha được sử dụng trong các mạch có điện trở cảm ứng tương đối lớn... Đây là mạch của các cuộn dây kích thích độc lập của động cơ, cũng như mạch phần ứng của động cơ công suất thấp (lên đến 10-15 kW). Mạch polyphase chủ yếu được sử dụng để đúc mạch phần ứng của động cơ có công suất lớn hơn 15–20 kW và ít thường xuyên hơn để cấp nguồn cho cuộn dây trường. So với mạch chỉnh lưu một pha, mạch nhiều pha có một số ưu điểm. Những cái chính là: xung thấp hơn của điện áp và dòng điện được chỉnh lưu, sử dụng tốt hơn máy biến áp và thyristor, tải đối xứng các pha của mạng cung cấp.

Trong các bộ chuyển đổi DC-DC thyristor dành cho truyền động cần trục có công suất lớn hơn 20 kW, việc sử dụng mạch cầu ba pha… Điều này là do việc sử dụng tốt máy biến áp và thyristor, mức gợn sóng thấp của điện áp và dòng điện được chỉnh lưu, cũng như sự đơn giản của thiết kế và mạch máy biến áp.Một ưu điểm nổi tiếng của mạch cầu ba pha là nó có thể được tạo ra không phải bằng kết nối máy biến áp mà bằng cuộn kháng hạn chế dòng điện, kích thước của nó nhỏ hơn đáng kể so với kích thước của máy biến áp.

Trong mạch trung tính ba pha, điều kiện sử dụng máy biến áp với các nhóm kết nối D / D và Δ / Y thường được sử dụng kém hơn do có thành phần từ thông không đổi. Điều này dẫn đến sự gia tăng tiết diện của mạch từ và theo đó, công suất thiết kế của máy biến áp. Để loại bỏ thành phần không đổi của từ thông, người ta sử dụng kết nối ngoằn ngoèo của cuộn thứ cấp của máy biến áp, điều này cũng phần nào làm tăng công suất thiết kế. Mức tăng, độ gợn của điện áp chỉnh lưu, cùng với nhược điểm đã nêu ở trên, hạn chế việc sử dụng mạch trung tính ba pha.

Mạch điện kháng sáu pha được khuyên dùng khi sử dụng cho điện áp thấp và dòng điện cao vì trong mạch này dòng tải chạy song song chứ không nối tiếp qua hai điốt như trong mạch cầu ba pha. Nhược điểm của mạch này là sự hiện diện của một lò phản ứng làm mịn với công suất điển hình khoảng 70% công suất định mức đã hiệu chỉnh. Ngoài ra, một thiết kế máy biến áp khá phức tạp được sử dụng trong các mạch sáu pha.

Các mạch chỉnh lưu dựa trên thyristor cung cấp hoạt động ở hai chế độ - chỉnh lưu và biến tần. Khi hoạt động ở chế độ biến tần, năng lượng từ mạch tải được truyền đến mạng cung cấp, nghĩa là theo hướng ngược lại so với chế độ chỉnh lưu, do đó, khi đảo ngược dòng điện và e. vân vân. c. các cuộn dây của máy biến áp được định hướng ngược lại và khi được duỗi thẳng - theo quy định.Nguồn hiện tại ở chế độ đảo ngược là e. vân vân. c.tải (máy DC, điện cảm) phải vượt quá điện áp biến tần.

Việc chuyển bộ chuyển đổi thyristor từ chế độ chỉnh lưu sang chế độ biến tần được thực hiện bằng cách thay đổi cực tính của e. vân vân. c. tăng tải và góc α trên π / 2 với tải cảm ứng.

Cơm. 2. Mạch chống song song để bật các nhóm van. UR1 — UR4 — lò phản ứng san lấp mặt bằng; RT - lò phản ứng giới hạn hiện tại; CP - lò phản ứng làm mịn.

Cơm. 3. Sơ đồ TP không thể đảo ngược cho mạch cuộn dây kích thích của động cơ. Để đảm bảo chế độ đảo ngược, điều cần thiết là thyristor đóng tiếp theo phải có thời gian để khôi phục các đặc tính chặn của nó trong khi có điện áp âm trên nó, tức là ở góc φ (Hình 1, c).

Nếu điều này không xảy ra, thì thyristor đang đóng có thể mở lại khi một điện áp thuận được đặt vào nó. Điều này sẽ khiến biến tần bị lật, nơi sẽ xảy ra dòng điện khẩn cấp, chẳng hạn như vân vân. c.Máy điện một chiều và máy biến áp sẽ khớp với nhau về hướng. Để tránh tái đầu tư, điều kiện là bắt buộc

trong đó δ - góc phục hồi đặc tính khóa của thyristor; β = π — α Đây là góc dẫn của biến tần.

Các mạch nguồn của bộ chuyển đổi thyristor, dùng để cấp nguồn cho các mạch phần ứng của động cơ, được chế tạo ở cả hai phiên bản không thể đảo ngược (một nhóm chỉnh lưu của thyristor) và phiên bản đảo ngược (hai nhóm chỉnh lưu). Các phiên bản không thể đảo ngược của bộ chuyển đổi thyristor, cung cấp dẫn điện một chiều, cho phép vận hành ở chế độ động cơ và máy phát chỉ theo một hướng của mô-men xoắn động cơ.

Để thay đổi hướng của mômen, cần phải thay đổi hướng của dòng điện phần ứng với hướng của từ thông trường không đổi hoặc thay đổi hướng của từ thông trường trong khi vẫn giữ nguyên hướng của dòng điện phần ứng.

Bộ chuyển đổi thyristor đảo ngược có một số loại sơ đồ mạch điện. Phổ biến nhất là sơ đồ có kết nối chống song song của hai nhóm van với một cuộn dây thứ cấp của máy biến áp (Hình 2). Sơ đồ như vậy có thể được thực hiện mà không cần một máy biến áp riêng biệt bằng cách cung cấp các nhóm thyristor từ một mạng xoay chiều chung thông qua các bộ hạn chế dòng anot của lò phản ứng RT. Việc chuyển đổi sang phiên bản lò phản ứng làm giảm đáng kể kích thước của bộ biến đổi thyristor và giảm giá thành của nó.

Bộ chuyển đổi thyristor cho mạch cuộn dây của trường động cơ chủ yếu được chế tạo theo cấu trúc không thể đảo ngược. Trong bộ lễ phục. Hình 3a cho thấy một trong các mạch chuyển mạch chỉnh lưu được sử dụng. Mạch cho phép bạn thay đổi dòng điện kích thích của động cơ trong một phạm vi rộng. Giá trị tối thiểu của dòng điện xảy ra khi các thyristor T1 và T2 được đóng và tối đa khi chúng mở. Trong bộ lễ phục. Hình 3, b, d cho thấy bản chất của sự thay đổi điện áp chỉnh lưu đối với hai trạng thái này của thyristor và trong Hình. 3, trong điều kiện khi

Các phương pháp điều khiển đảo ngược bộ chuyển đổi thyristor

Trong bộ chuyển đổi thyristor đảo ngược, có hai cách chính để điều khiển các nhóm van - nối và tách rời. Mặt khác, đồng quản lý được thực hiện nhất quán và không nhất quán.

Với điều khiển phối hợp, bắn xung thyristor được đặt vào hai nhóm van sao cho các giá trị trung bình của điện áp hiệu chỉnh cho hai nhóm bằng nhau. Điều này được cung cấp với điều kiện

trong đó av và ai — góc điều chỉnh của các nhóm chỉnh lưu và biến tần. Trong trường hợp điều khiển không nhất quán, điện áp trung bình của nhóm biến tần vượt quá điện áp của nhóm chỉnh lưu. Điều này đạt được với điều kiện là

Giá trị tức thời của các điện áp nhóm có điều khiển chung không phải lúc nào cũng bằng nhau, do đó trong một vòng (hoặc mạch) kín được hình thành bởi các nhóm thyristor và cuộn dây máy biến áp, một dòng điện cân bằng chạy qua để giới hạn các cuộn kháng cân bằng. UR1-UR4 được bao gồm trong bộ chuyển đổi thyristor (xem Hình 1).

Các cuộn kháng được kết nối với vòng dòng cân bằng, một hoặc hai cuộn cho mỗi nhóm và độ tự cảm của chúng được chọn sao cho dòng cân bằng không vượt quá 10% dòng tải định mức. Khi các cuộn kháng hạn chế dòng điện được bật, hai cuộn kháng mỗi nhóm, chúng sẽ bão hòa khi dòng tải chạy qua. Ví dụ, trong quá trình vận hành nhóm B, các lò phản ứng UR1 và UR2 bị bão hòa, trong khi các lò phản ứng URZ và UR4 không bão hòa và hạn chế dòng điện cân bằng. Nếu các lò phản ứng đang bật, mỗi lò phản ứng một nhóm (UR1 và URZ), chúng sẽ không bị bão hòa khi tải trọng đang chạy.

Bộ chuyển đổi có điều khiển không nhất quán có kích thước lò phản ứng nhỏ hơn so với điều khiển phối hợp.Tuy nhiên, với điều khiển không nhất quán, phạm vi góc điều khiển cho phép giảm, dẫn đến việc sử dụng máy biến áp kém hơn và giảm hệ số công suất của hệ thống lắp đặt. ổ đĩa bị vi phạm. Điều khiển riêng biệt các nhóm van được sử dụng để loại bỏ hoàn toàn dòng điện cân bằng.

Kiểm soát riêng biệt bao gồm thực tế là các xung điều khiển chỉ được áp dụng cho nhóm sẽ hoạt động vào lúc này. Các xung điều khiển không được cung cấp cho các van của nhóm nhàn rỗi. Để thay đổi chế độ hoạt động của bộ biến đổi thyristor, một thiết bị chuyển mạch đặc biệt được sử dụng, khi dòng điện của bộ biến đổi thyristor bằng 0, trước tiên sẽ loại bỏ các xung điều khiển khỏi nhóm làm việc trước đó, sau đó, sau một khoảng dừng ngắn (5- 10 ms), gửi các xung điều khiển đến nhóm khác.

Với điều khiển riêng biệt, không cần bao gồm các cuộn kháng cân bằng trong mạch của các nhóm van riêng biệt, máy biến áp có thể được sử dụng hoàn toàn, xác suất biến tần bị lật do giảm thời gian vận hành của bộ biến đổi thyristor ở chế độ biến tần là giảm, tổn thất năng lượng giảm và theo đó hiệu suất của truyền động điện tăng do không có dòng điện cân bằng. Tuy nhiên, điều khiển riêng biệt đặt ra yêu cầu cao về độ tin cậy của các thiết bị chặn xung điều khiển.

Sự cố trong hoạt động của các thiết bị chặn và sự xuất hiện của các xung điều khiển trên nhóm thyristor không hoạt động dẫn đến ngắn mạch bên trong bộ biến đổi thyristor, do dòng điện cân bằng giữa các nhóm trong trường hợp này chỉ bị giới hạn bởi điện kháng của máy biến áp cuộn dây và đạt đến một giá trị lớn không thể chấp nhận được.