Выбор тиристорного преобразователя

Тиристорный преобразователь предназначен для преобразования трехфазного переменного напряжения в постоянное, и регулирования его действующего значения на активной, активно-индуктивной и активно-ёмкостной нагрузке. Регулирование осуществляется за счет изменения угла задержки отпирания силовых тиристоров.

Применение тиристорных преобразователей в электроприводах постоянного тока позволяет достигнуть повышенной управляемости и быстродействия привода, а также улучшить его энергетические и весовые показатели. Электропривод с тиристорным преобразователем обладает высокой стабильностью скорости. Тиристорные преобразователи потребляют очень малую мощность управления, их коэффициент усиления превышает 100 000.

Схема тиристорного электропривода довольно гибкая, система может быть реверсивной и нереверсивной, позволяет работать при малых и больших мощностях, имеет малую продолжительность переходных процессов (время переходного режима практически определяется инерционностью самого электродвигателя).

Однако тиристорным преобразователям, используемым в электроприводах, свойственны недостатки:

· большая чувствительность полупроводниковых элементов к перегрузкам, вследствие чего при проектировании преобразовательных установок требуется выбирать тиристоры с запасом по току;

· увеличение потерь в двигателе и уменьшение его коммутационной способности вследствие пульсации тока на выходе преобразователя;

· уменьшение коэффициента мощности преобразовательной установки при снижении выходного напряжения.

Последний недостаток особенно влияет на работу электроприводов большой мощности, длительно работающих на малой скорости.

Для питания якорной цепи двигателя выбираем реверсивный тиристорный преобразователь.

По закону Ома определяем ток в цепи якоря:

(4.29)

где - КПД электродвигателя,%; U,В - напряжение цепи якоря.

Выбираем тиристорный преобразовательный агрегат АТЕРЗ-50/460Р-2У4.

Его технические характеристики приведены в таблице 4.13.

Тиристорные агрегаты унифицированной серии АТ и АТР мощностью до 100кВт предназначены для питания якорных цепей двигателей постоянного тока.

Их можно использовать для регулирования напряжения в цепях с активной, индуктивной и индуктивно-активной нагрузками.

Агрегаты с номинальным напряжением 460В изготавливаются для непосредственного подключения к сетям с линейным напряжением 380-440В.

Питание цепей управления может осуществляться либо от общей сети, либо от сети собственных нужд.

Таблица 4.13

Примечания:

1. Число фаз питающей сети 3, частота 50 Гц.

2. КПД тиристорного агрегата 95%.

3. Охлаждение агрегата воздушное естественное (в обозначении типа агрегата буква Е).

4. Агрегат изготавливается в закрытом (2У4) исполнении.

Структурная схема тиристорного агрегата АТЕР3 приведена на рис. 4.18.

Рис.4.18. Структурная схема реверсивного тиристорного агрегата АТЕР3

Условные обозначения: Q - выключатель силовой; F1, F2 - выключатели автоматические; ИП - источник питания; СИФУ - система импульсно-фазового управления; УП - усилитель полупроводниковый; УКТ - устройство коррекции и токоограничения; УР - устройство развязки; УТЗ -устройство токовой защиты; БТ, БТ1, БТ2 - блоки тиристоров, УЗП -устройство защиты от перенапряжений.

Схема выпрямления агрегата трехфазная мостовая полностью управляемая. Силовые блоки БТ комплектуются тиристорами Т-160 или Т-250, RС-цепочками, а также содержат устройства для ввода управляющих импульсов. В реверсивном агрегате применены два встречно-параллельно включенных комплекта трехфазных мостовых выпрямителей БТ1 и БТ2 с раздельным управлением каждым комплектом.

Система управления агрегатами состоит из трех основных функциональных узлов: системы импульсно-фазового управления СИФУ, регулирующего устройства и основной токовой защиты УТЗ. Остальные узлы - источник питания ИП, устройства защиты от перенапряжения УЗП и устройства защиты от радиопомех имеют вспомогательное значение.

Система импульсно-фазового управления выполняется по вертикальному принципу управления с линейным опорным напряжением.

Регулировочная характеристика СИФУ имеет обратную зависимость угла отпирания от входного сигнала, благодаря чему получается прямая зависимость выпрямленного напряжения агрегата от входного сигнала.

В СИФУ имеется узел задержки включения импульсов на время переходного процесса в системе (до 40 мс) при подаче питающего импульса. Усиление и суммирование входных сигналов осуществляется в полупроводниковом усилителе УП.

Для потенциального разделения сигналов, например, при построении замкнутой по напряжению или ЭДС двигателя системы регулирования скорости, используется устройство развязки УР. Оно работает по принципу преобразования входного сигнала постоянного тока в пропорциональный ему сигнал переменного тока с последующими трансформацией и модуляцией.

Коррекция динамических характеристик привода в замкнутых системах регулирования и ограничения тока перегрузки осуществляется посредством устройств коррекции и токоограничения УКТ. Регулировочные устройства агрегата позволяют создать замкнутую систему электропривода с обратной связью по скорости и диапазоном регулирования до 1 : 200.

С помощью регулировочного устройства осуществляется:

· выбор направления тока нагрузки агрегата в зависимости от полярности регулирующего сигнала;

· подключение выходных каскадов СИФУ к вводным устройствам тиристорных блоков;

· блокировка входа блока логики сигналами по току агрегата и напряжения усилителя;

· необходимая для надежной работы агрегата выдержка времени между снятием импульсов сработавшего комплекта до подачи их на подключаемый комплект.

Блокирующая связь при переключении импульсов с одного вентильного блока на другой обеспечивает четкую работу комплектов в реверсивном агрегате. Введение блокирующей связи по напряжению полупроводникового нереверсивного усилителя в блок логики обеспечивает устойчивую работу электропривода в режиме прерывистого тока. Основной блок защиты агрегата содержит функциональные узлы:

· запрета переключения комплекта реверсивного агрегата при наличии тока;

· сеточной защиты, осуществляющей переход агрегата в инверторный режим с углом регулирования а_макс при превышении током агрегата максимального допустимого значения;

· нулевой защиты;

· защиты от исчезновения поля;

· управления дистанционным расцепителем силового автомата.

Для питания цепи обмотки возбуждения выбираем нереверсивный.

По закону Ома определяем ток в цепи обмотки возбуждения:

(4.28)

где U_ОВ - напряжение обмотки возбуждения, R - сопротивление обмотки возбуждения (из таблицы 1.3).

Выбираем тиристорные комплектные преобразовательные агрегаты модернизированной серии ТЕ9-25/320Т-31У4. Его технические характеристики приведены в таблице 4.14 и структурная схема (рис 4.18)

Таблица 4.14

Примечания:

1. Буквы, входящие в условие обозначения типов тиристорных агрегатов, означают: Е — охлаждение тиристоров воздушное естественное; Р — подключение агрегата к сети через токоограничивающий реактор, ставятся после номинального выпрямленного напряжения.

2. Цифры, стоящие перед климатическим исполнением агрегата, указывают на модификацию исполнения токоподводов переменного и постоянного тока (сверху, снизу) и способ охлаждения преобразовательного шкафа.

3. Допустимое отклонение напряжения для низковольтной сети в пределах от +10 до 15%; для высоковольтной ±10%.

4. Напряжение цепей собственных нужд 380В с отклонением +10%,-15%, частота питающей сети от 50Гц до 60 Гц. Потребляемая мощность цепей собственных нужд - 0,64 кВт.

5. Напряжение сети питания системы управления агрегатом 380В с отклонением +10%,-15%, частота питающей сети от 50Гц до 60 Гц, (синфазна по отношению к силовой сети), число фаз 3.

6. Пределы регулирования выпрямленного напряжения для нереверсивных агрегатов 0— 100%.

7. Допускаемые токовые перегрузки: 100% в течение 15с, 75% в течение 60 с.

8. Охлаждение тиристорных агрегатов на номинальные токи до 100 А, питающих якорные цепи, и агрегатов на номинальные токи до 200 А, питающих обмотки возбуждения - воздушное естественное; охлаждение всех других агрегатов воздушное принудительное.

9. Питание агрегатов от сети 6 или 10 кВ осуществляется через вводное устройство высокого напряжения типа ШВВ-5Л-2.

Тиристорные комплектные преобразовательные агрегаты модернизированной серии нереверсивные (ТЕЗ, ТЕ9, ТПЗ, ТП9) мощностью от 10 от 500 кВт предназначены для питания регулируемым напряжением якорных цепей и обмоток возбуждения электрических машин постоянного тока. Они изготовляются по ТУ 16. 529.954—75. Агрегаты рассчитаны для работы в закрытых стационарных помещениях с нормальной окружающей средой в соответствии с ГОСТ151БО—64.

Основным элементом преобразовательной секции является силовая вентильная часть, выполненная на тиристорах по трехфазной мостовой схеме. Силовая преобразовательная часть агрегата подключается к сети 380 или 205В через двухобмоточный трансформатор Т или блок реакторов БРГ (для агрегатов до 500А включительно). При питании агрегатов от сети 6 или 10 кВ подключение предусмотрено только через силовой трансформатор.

Рис.4.18. Структурная схема нереверсивного тиристорного преобразователя ТЕ9

Условные обозначения: F1, F2, FЗ - выключатель автоматический; БВ - блок вентилятора; Т - трансформатор; БРТ - блок реакторов; БПФУ - блок питания системы фазового управления; БФУ - блок фазового управления; БУДР - блок управления дистанционным расцепителем; БРЛ - блок реле; БМУ - блок магнитного усилителя; БЗП - блок защиты от перенапряжения; L - дроссель; ТТ, ТТ1, ТТ2 - трансформаторы тока.

Оперативное напряжение для питания блоков БФУ, БМУ, БУДР, БРЛ и напряжение для. питания электрооборудования собственных нужд поступает от сети 380 В, соответственно, через автоматические выключатели F1 и F2.

Система фазового управления выполнена по вертикальному принципу управления, опорный сигнал - синусоидальный, связанный с силовой сетью. Диапазон изменения фазы отпирающих импульсов от 10 до 160 эл. град.

Выпрямленное напряжение (ток) изменяется в функции сигнала управления U_У. Этот сигнал (а в реверсивных агрегатах также U_рев) поступает из схемы электропривода на блок фазового управления БФУ, в котором формируются импульсы управления тиристорами. В зависимости от полярности сигнала U_рев и сигнала, поступающего с трансформатора тока ТТ, в якорных преобразователях управляющие импульсы подаются на тиристоры группы «вперед» или «назад» через импульсные трансформаторы. Сигнал с трансформаторов тока ТТ разрешает переключение групп при отсутствии тока, ограничивает углы инвертора в функции тока, а также используется для сеточной защиты.