Convertitori c.c./c.c. a tiristori

Il convertitore DC / DC a tiristori (DC) è un dispositivo per convertire la corrente alternata in corrente continua con regolazione secondo una determinata legge dei parametri di uscita (corrente e tensione). I convertitori a tiristori sono progettati per alimentare i circuiti di armatura dei motori e i loro avvolgimenti di campo.

I convertitori a tiristori sono costituiti dalle seguenti unità di base:

• un trasformatore o un reattore limitatore di corrente sul lato AC,

• blocchi raddrizzatori,

• reattori di livellamento,

• elementi del sistema di controllo, protezione e segnalazione.

Il trasformatore adatta le tensioni di ingresso e di uscita del convertitore e (come il reattore limitatore di corrente) limita la corrente di cortocircuito nei circuiti di ingresso. I reattori di livellamento sono progettati per attenuare le increspature della tensione e della corrente rettificate. Le reattanze non sono previste se l'induttanza di carico è sufficiente a limitare il ripple entro certi limiti.

L'uso di convertitori CC-CC a tiristori consente di realizzare praticamente le stesse caratteristiche di azionamento elettrico di quando si utilizzano convertitori rotanti in sistemi generatore-motore (D — D), cioè per regolare la velocità e la coppia del motore su un ampio intervallo, per ottenere caratteristiche meccaniche speciali e la natura desiderata dei transitori all'avviamento, all'arresto, alla retromarcia, ecc.

Tuttavia, rispetto ai convertitori statici rotanti, presentano una serie di vantaggi noti, motivo per cui i convertitori statici sono preferiti nei nuovi sviluppi degli azionamenti elettrici per gru. I convertitori CC-CC a tiristori sono i più promettenti per l'uso in azionamenti elettrici di meccanismi di gru con una potenza superiore a 50-100 kW e meccanismi in cui è necessario ottenere caratteristiche speciali dell'azionamento in modalità statica e dinamica.

Schemi di rettifica, principi di costruzione dei circuiti di potenza dei convertitori

I convertitori a tiristori sono realizzati con monofase e multifase circuiti correttivi… Esistono diversi rapporti di progettazione per gli schemi di rettifica di base. Uno di questi schemi è mostrato in fig. 1, un. Regolazione della tensione Va e della corrente Ia prodotta modificando l'angolo di controllo α... In fig. 1, b-e, ad esempio, viene mostrata la natura del cambiamento di correnti e tensioni in un circuito trifase a rettifica zero con un carico induttivo attivo

Riso. 1. Circuito neutro trifase (a) e diagrammi delle variazioni di corrente e tensione nelle modalità raddrizzatore (b, c) e inverter (d, e).

L'angolo mostrato nei diagrammi γ (angolo di commutazione) caratterizza il periodo di tempo durante il quale la corrente scorre simultaneamente attraverso due tiristori. La dipendenza del valore medio della tensione regolata Вa dall'angolo di regolazione α è chiamata caratteristica di controllo.

Per i circuiti neutri, la tensione raddrizzata media è data dall'espressione

dove m - il numero di fasi dell'avvolgimento secondario del trasformatore; U2f è il valore efficace della tensione di fase dell'avvolgimento secondario del trasformatore.

Per i circuiti a ponte Udo 2 volte superiore, perché questi circuiti sono equivalenti alla connessione in serie di due circuiti zero.

I circuiti di correzione monofase vengono utilizzati, di norma, in circuiti con resistenze induttive relativamente grandi, ovvero circuiti di avvolgimenti di eccitazione indipendenti di motori, nonché circuiti di armatura di motori a bassa potenza (fino a 10-15 kW). I circuiti polifase vengono utilizzati principalmente per la fusione di circuiti di armatura di motori con una potenza superiore a 15-20 kW e meno spesso per alimentare gli avvolgimenti di campo. Rispetto ai circuiti raddrizzatori polifase monofase presentano numerosi vantaggi. I principali sono: minore pulsazione della tensione e della corrente rettificate, migliore utilizzo del trasformatore e dei tiristori, carico simmetrico delle fasi della rete di alimentazione.

Nei convertitori CC-CC a tiristori destinati agli azionamenti per gru con una potenza superiore a 20 kW, l'uso di circuito a ponte trifase… Ciò è dovuto al buon uso del trasformatore e dei tiristori, al basso livello di ondulazione della tensione e della corrente rettificate e alla semplicità del circuito e del design del trasformatore.Un noto vantaggio di un circuito a ponte trifase è che può essere realizzato non con una connessione del trasformatore, ma con un reattore limitatore di corrente, le cui dimensioni sono significativamente inferiori alle dimensioni del trasformatore.

In un circuito neutro trifase, le condizioni per l'utilizzo del trasformatore con i gruppi di connessione comunemente usati D / D e Δ / Y sono peggiori a causa della presenza di una componente costante del flusso. Ciò porta ad un aumento della sezione trasversale del circuito magnetico e, di conseguenza, della potenza di progetto del trasformatore. Per eliminare la componente costante del flusso, viene utilizzata una connessione a zigzag degli avvolgimenti secondari del trasformatore, che aumenta anche leggermente la potenza di progetto. L'aumento del livello, ripple della tensione raddrizzata, insieme all'inconveniente sopra notato, limita l'uso di un circuito neutro trifase.

Un circuito reattore a sei fasi è consigliato quando utilizzato per bassa tensione e alta corrente perché in questo circuito la corrente di carico scorre in parallelo anziché in serie attraverso due diodi come in un circuito a ponte trifase. Lo svantaggio di questo circuito è la presenza di un reattore di livellamento con una potenza tipica di circa il 70% della potenza nominale corretta. Inoltre, nei circuiti a sei fasi viene utilizzato un design del trasformatore piuttosto complesso.

I circuiti raddrizzatori basati su tiristori forniscono il funzionamento in due modalità: raddrizzatore e inverter. Quando si opera in modalità inverter, l'energia dal circuito di carico viene trasferita alla rete di alimentazione, cioè nella direzione opposta rispetto alla modalità raddrizzatore, quindi, durante l'inversione, la corrente ed e. eccetera. c. gli avvolgimenti del trasformatore sono diretti in modo opposto e, una volta raddrizzati, in conformità.La sorgente di corrente in modalità invertente è e. eccetera. c) carico (macchine DC, induttanza) che deve superare la tensione dell'inverter.

Il trasferimento del convertitore a tiristori dalla modalità raddrizzatore alla modalità inverter si ottiene modificando la polarità di e. eccetera. c. aumentando il carico e l'angolo α sopra π / 2 con un carico induttivo.

Riso. 2. Circuito in antiparallelo per l'accensione di gruppi di valvole. UR1 — UR4 — reattori di livellamento; RT — reattore limitatore di corrente; CP — reattore di livellamento.

Riso. 3. Schema di TP irreversibile per circuiti di avvolgimenti di eccitazione di motori. Per garantire la modalità di inversione, è necessario che il prossimo tiristore di chiusura abbia il tempo di ripristinare le sue proprietà di blocco mentre è presente una tensione negativa su di esso, cioè nell'angolo φ (Fig. 1, c).

Se ciò non accade, il tiristore di chiusura può riaprirsi quando viene applicata una tensione diretta. Ciò causerà il ribaltamento dell'inverter, dove si verificherà una corrente di emergenza, come ad es. eccetera. c. Le macchine CC e il trasformatore corrisponderanno nella direzione. Per evitare un rollover, la condizione è obbligatoria

dove δ — l'angolo di ripristino delle proprietà di bloccaggio del tiristore; β = π — α Questo è l'angolo di anticipo dell'inverter.

I circuiti di potenza dei convertitori a tiristori, destinati ad alimentare i circuiti di armatura dei motori, sono realizzati sia in versione irreversibile (un gruppo raddrizzatore di tiristori) che reversibile (due gruppi raddrizzatori). Le versioni irreversibili dei convertitori a tiristori, che forniscono conduzione unidirezionale, consentono il funzionamento in modalità motore e generatore in una sola direzione della coppia del motore.

Per cambiare la direzione del momento, è necessario cambiare la direzione della corrente di armatura con la direzione del flusso di campo costante, oppure cambiare la direzione del flusso di campo mantenendo la direzione della corrente di armatura.

I convertitori a tiristori invertenti hanno diversi tipi di schemi elettrici di potenza. Il più comune è lo schema con collegamento antiparallelo di due gruppi di valvole a un avvolgimento secondario del trasformatore (Fig. 2). Tale schema può essere implementato senza un trasformatore separato alimentando gruppi di tiristori da una rete alternata comune attraverso limitatori di corrente anodica di reattori RT. Il passaggio alla versione del reattore riduce significativamente le dimensioni del convertitore a tiristori e ne riduce i costi.

I convertitori a tiristori per circuiti di avvolgimento di campi motore sono realizzati principalmente in costruzione irreversibile. Nella fig. 3a mostra uno dei circuiti di commutazione del raddrizzatore utilizzati. Il circuito consente di variare la corrente di eccitazione del motore su un'ampia gamma. Il valore minimo della corrente si ha quando i tiristori T1 e T2 sono chiusi e il massimo quando sono aperti. Nella fig. 3, b, d mostra la natura della variazione della tensione raddrizzata per questi due stati dei tiristori, e in Fig. 3, per la condizione in cui

Metodi di controllo per l'inversione dei convertitori a tiristori

Nell'invertire i convertitori a tiristori, ci sono due modi principali per controllare i gruppi di valvole: congiunti e separati. La cogestione, d'altra parte, è fatta in modo coerente e incoerente.

Con controllo coordinato, impulsi di tiro tiristori vengono applicati ai due gruppi di valvole in modo tale che i valori medi della tensione corretta per i due gruppi siano uguali tra loro. Questo è fornito a condizione

dove av e ai sono gli angoli di regolazione dei gruppi di raddrizzatori e inverter. In caso di controllo incoerente, la tensione media del gruppo inverter supera la tensione del gruppo raddrizzatore. Ciò si ottiene a condizione che

Il valore istantaneo delle tensioni di gruppo con controllo congiunto non è sempre uguale tra loro, per cui in un circuito chiuso (o circuiti) formato da gruppi di tiristori e avvolgimenti di trasformatori, scorre una corrente di equalizzazione per limitare quali reattori di equalizzazione UR1-UR4 sono inclusi nel convertitore a tiristori (vedi Fig. 1).

I reattori sono collegati all'anello di corrente di equalizzazione, uno o due per gruppo, e la loro induttanza è scelta in modo che la corrente di equalizzazione non superi il 10% della corrente di carico nominale. Quando le reattanze di limitazione di corrente sono accese, due per gruppo, si saturano al passaggio della corrente di carico. Ad esempio, durante il funzionamento del gruppo B, i reattori UR1 e UR2 sono saturi, mentre i reattori URZ e UR4 rimangono insaturi e limitano la corrente di equalizzazione. Se i reattori sono accesi, uno per gruppo (UR1 e URZ), non sono saturati durante il flusso del carico utile.

I convertitori con controllo incoerente hanno reattori di dimensioni inferiori rispetto al controllo coordinato.Tuttavia, con un controllo incoerente, la gamma di angoli di controllo consentiti diminuisce, il che porta a un uso peggiore del trasformatore e a una diminuzione del fattore di potenza dell'impianto Allo stesso tempo, la linearità del controllo e le caratteristiche di velocità dell'impianto elettrico l'azionamento è violato. Il controllo separato dei gruppi di valvole viene utilizzato per eliminare completamente le correnti di equalizzazione.

Il controllo separato consiste nel fatto che gli impulsi di controllo vengono applicati solo al gruppo che dovrebbe essere in funzione al momento. Gli impulsi di comando non vengono forniti alle valvole del gruppo folle. Per modificare la modalità operativa del convertitore a tiristori, viene utilizzato uno speciale dispositivo di commutazione che, quando la corrente del convertitore a tiristori è zero, rimuove prima gli impulsi di controllo dal gruppo di lavoro precedente e quindi, dopo una breve pausa (5- 10 ms), invia impulsi di controllo all'altro gruppo.

Con il controllo separato, non è necessario includere reattori di equalizzazione nel circuito di gruppi separati di valvole, il trasformatore può essere completamente utilizzato, la probabilità di ribaltamento dell'inverter a causa di una diminuzione del tempo di funzionamento del convertitore a tiristori in modalità inverter è ridotto, le perdite di energia sono ridotte e di conseguenza l'efficienza dell'azionamento elettrico aumenta grazie all'assenza di correnti di equalizzazione. Il controllo separato, tuttavia, pone requisiti elevati sull'affidabilità dei dispositivi per il blocco degli impulsi di controllo.

Il malfunzionamento dei dispositivi di blocco e la comparsa di impulsi di controllo su un gruppo di tiristori non funzionante portano a un cortocircuito interno nel convertitore a tiristori, poiché la corrente di equalizzazione tra i gruppi in questo caso è limitata solo dalla reattanza del trasformatore avvolgimenti e raggiunge un valore inaccettabilmente elevato.