Tristör DC / DC dönüştürücüler

Tristör DC / DC dönüştürücü (DC), çıkış parametrelerinin (akım ve voltaj) belirli bir yasasına göre düzenleme ile alternatif akımı doğru akıma dönüştürmek için bir cihazdır. Tristör dönüştürücüler, motorların armatür devrelerine ve bunların alan sargılarına güç sağlamak için tasarlanmıştır.

Tristör dönüştürücüler aşağıdaki temel birimlerden oluşur:

• AC tarafında bir transformatör veya akım sınırlayıcı reaktör,

• doğrultucu bloklar,

• yumuşatma reaktörleri,

• kontrol, koruma ve sinyalizasyon sisteminin elemanları.

Transformatör, dönüştürücünün giriş ve çıkış gerilimlerine uyar ve (akım sınırlayıcı reaktör gibi) giriş devrelerindeki kısa devre akımını sınırlar. Yumuşatma reaktörleri, doğrultulmuş voltaj ve akımın dalgalanmalarını yumuşatmak için tasarlanmıştır. Yük endüktansı dalgalanmayı belirli sınırlar içinde sınırlamak için yeterliyse reaktörler sağlanmaz.

Tristörlü DC-DC dönüştürücülerin kullanımı, döner dönüştürücüler kullanılırken olduğu gibi pratik olarak aynı elektrikli tahrik özelliklerinin gerçekleştirilmesine izin verir. jeneratör-motor sistemleri (D — D), yani motorun hızını ve torkunu geniş bir aralıkta ayarlamak, özel mekanik özellikler ve çalıştırma, durdurma, geri vites vb.

Bununla birlikte, döner statik konvertörlerle karşılaştırıldığında, bilinen bir takım avantajları vardır, bu nedenle vinç elektrikli tahriklerinin yeni gelişmelerinde statik konvertörler tercih edilir. Tristör DC-DC dönüştürücüler, 50-100 kW'tan daha fazla güce sahip vinç mekanizmalarının elektrikli tahriklerinde ve statik ve dinamik modlarda sürücünün özel özelliklerini elde etmenin gerekli olduğu mekanizmalarda kullanım için en umut verici olanlardır.

Doğrultma şemaları, dönüştürücülerin güç devrelerinin yapım ilkeleri

Tristör dönüştürücüler tek fazlı ve çok fazlı olarak yapılır. düzeltici devreler… Temel düzeltme şemaları için çeşitli tasarım oranları vardır. Bu şemalardan biri, Şek. 1 A. Kontrol açısı değiştirilerek üretilen voltaj Va ve akım Ia'nın düzenlenmesi α... Şek. 1, b-e, örneğin, aktif endüktif yüke sahip üç fazlı sıfır düzeltme devresindeki akım ve gerilim değişiminin doğası gösterilmiştir.

Pirinç. 1. Üç fazlı nötr devre (a) ve doğrultucu (b, c) ve evirici (d, e) modlarındaki akım ve gerilim değişim diyagramları.

Diyagramlarda gösterilen açı γ (anahtarlama açısı), akımın iki tristörden aynı anda aktığı süreyi karakterize eder. Ayarlanan voltaj Вa'nın ortalama değerinin ayar açısına α bağımlılığı kontrol karakteristiği olarak adlandırılır.

Nötr devreler için, ortalama doğrultulmuş voltaj şu ifade ile verilir:

nerede m - transformatörün sekonder sargısının faz sayısı; U2f, transformatörün sekonder sargısının faz geriliminin rms değeridir.

Köprü devreleri için Udo 2 kat daha yüksektir, çünkü bu devreler iki sıfır devrenin seri bağlanmasına eşdeğerdir.

Tek fazlı düzeltme devreleri, kural olarak, nispeten büyük endüktif dirençli devrelerde kullanılır.Bunlar, motorların bağımsız uyarma sargılarının devreleri ve ayrıca düşük güçlü motorların (10-15 kW'a kadar) armatür devreleridir. Çok fazlı devreler esas olarak gücü 15–20 kW'tan fazla olan motorların armatür devrelerini dökmek için ve daha az sıklıkla alan sargılarına güç sağlamak için kullanılır. Tek fazlı ile karşılaştırıldığında, çok fazlı doğrultucu devreleri bir takım avantajlara sahiptir. Ana olanlar: doğrultulmuş voltaj ve akımın daha düşük titreşimi, transformatör ve tristörlerin daha iyi kullanılması, besleme şebekesinin fazlarının simetrik yüklenmesi.

20 kW'tan daha fazla güce sahip vinç tahrikleri için amaçlanan tristörlü DC-DC dönüştürücülerde, üç fazlı köprü devresi... Bunun nedeni, trafo ve tristörlerin iyi kullanılması, doğrultulmuş gerilim ve akımın düşük dalgalanma seviyesi ve trafo devresinin ve tasarımının basitliğidir.Üç fazlı bir köprü devresinin iyi bilinen bir avantajı, bir transformatör bağlantısıyla değil, boyutları transformatörün boyutlarından önemli ölçüde daha küçük olan bir akım sınırlayıcı reaktörle yapılabilmesidir.

Üç fazlı bir nötr devrede, yaygın olarak kullanılan D / D ve Δ / Y bağlantı gruplarına sahip transformatör kullanma koşulları, akının sabit bir bileşeninin varlığından dolayı daha kötüdür. Bu, manyetik devrenin enine kesitinde ve buna bağlı olarak transformatörün tasarım gücünde bir artışa yol açar. Akının sabit bileşenini ortadan kaldırmak için, transformatörün sekonder sargılarının zikzak bağlantısı kullanılır ve bu da tasarım gücünü biraz artırır. Artan seviye, doğrultulmuş voltajın dalgalanması, yukarıda belirtilen dezavantajla birlikte, üç fazlı bir nötr devrenin kullanımını sınırlar.

Alçak gerilim ve yüksek akım için kullanıldığında altı fazlı bir reaktör devresi önerilir çünkü bu devrede yük akımı, üç fazlı köprü devresindeki gibi iki diyot üzerinden seri yerine paralel olarak akar. Bu devrenin dezavantajı, düzeltilmiş nominal gücün yaklaşık %70'i kadar tipik bir güce sahip bir yumuşatma reaktörünün varlığıdır. Ayrıca altı fazlı devrelerde oldukça karmaşık bir trafo tasarımı kullanılmaktadır.

Tristörlere dayalı doğrultucu devreleri, doğrultucu ve invertör olmak üzere iki modda çalışma sağlar. İnvertör modunda çalışırken, yük devresinden gelen enerji besleme şebekesine, yani doğrultucu moduna göre ters yönde, dolayısıyla ters çevirirken akım ve e aktarılır. vesaire. c. transformatörün sargıları zıt yönde ve düzleştirildiğinde - buna göre.Ters çevirme modunda geçerli kaynak e'dir. vesaire. c. sürücü voltajını aşması gereken yük (DC makineler, endüktans).

Tristör dönüştürücünün doğrultucu modundan evirici moduna geçişi, e'nin polaritesi değiştirilerek gerçekleştirilir. vesaire. c. endüktif bir yük ile yükü ve α açısını π / 2'nin üzerine çıkarmak.

Pirinç. 2. Valf gruplarını açmak için anti-paralel devre. UR1 — UR4 — tesviye reaktörleri; RT - akım sınırlayıcı reaktör; CP - yumuşatma reaktörü.

Pirinç. 3. Motorların uyarma sargılarının devreleri için tersinmez TP şeması. Tersine çevirme modunu sağlamak için, bir sonraki kapatma tristörünün, üzerinde negatif bir voltaj varken, yani φ açısında (Şekil 1, c) bloke etme özelliklerini eski haline getirmek için zamana sahip olması gerekir.

Bu olmazsa, üzerine bir ileri voltaj uygulandığında kapanan tristör yeniden açılabilir. Bu, inverterin ters dönmesine neden olur ve örn. vesaire. c. DC makineler ve trafo yön olarak eşleşecektir. Bir devrilmeyi önlemek için koşul gereklidir

burada δ - tristörün kilitleme özelliklerinin restorasyon açısı; β = π — α Bu, sürücünün ön açısıdır.

Motorların armatür devrelerine güç sağlamak için tasarlanan tristör dönüştürücülerin güç devreleri, hem tersinmez (bir doğrultucu tristör grubu) hem de tersinir (iki doğrultucu grup) versiyonlarda yapılır. Tek yönlü iletim sağlayan tristör dönüştürücülerin tersinmez versiyonları, motor torkunun yalnızca bir yönünde motor ve jeneratör modlarında çalışmaya izin verir.

Momentin yönünü değiştirmek için ya armatür akımının yönünü alan akısının yönü sabitiyle değiştirmek ya da armatür akımının yönünü korurken alan akısının yönünü değiştirmek gerekir.

Ters tristör dönüştürücüler, çeşitli güç devre şemalarına sahiptir. En yaygın olanı, iki valf grubunun transformatörün bir sekonder sargısına anti-paralel bağlantısı olan şemadır (Şekil 2). Böyle bir şema, tristör gruplarını ortak bir alternatif ağdan RT reaktörlerinin anot akım sınırlayıcıları aracılığıyla besleyerek ayrı bir transformatör olmadan uygulanabilir. Reaktör versiyonuna geçiş, tristör dönüştürücünün boyutunu önemli ölçüde azaltır ve maliyetini düşürür.

Motor alanlarının sargı devreleri için tristör konvertörleri esas olarak tersinmez yapıda yapılır. İncirde. Şekil 3a, kullanılan doğrultucu anahtarlama devrelerinden birini göstermektedir. Devre, motorun uyarma akımını geniş bir aralıkta değiştirmenize izin verir. Akımın minimum değeri, T1 ve T2 tristörleri kapalıyken ve maksimumları açıkken meydana gelir. İncirde. Şekil 3, b, d, bu iki tristör durumu için doğrultulmuş voltajdaki değişikliğin doğasını gösterir ve Şekil 1'de. 3, ne zaman koşul için

Tristör dönüştürücüleri ters çevirmek için kontrol yöntemleri

Ters tristör dönüştürücülerde, valf gruplarını kontrol etmenin iki ana yolu vardır - ortak ve ayrı. Eş yönetim ise tutarlı ve tutarsız bir şekilde yapılır.

Koordineli kontrol ile atış darbeleri tristörler iki grup için düzeltilmiş voltajın ortalama değerleri birbirine eşit olacak şekilde iki grup vanaya uygulanır. Bu şartla sağlanır

nerede av ve ai - doğrultucu ve invertör gruplarının ayar açıları. Tutarsız kontrol durumunda, evirici grubunun ortalama gerilimi doğrultucu grubunun gerilimini aşar. Bu, şu koşullar altında elde edilir:

Ortak kontrol ile grup gerilimlerinin anlık değerleri her zaman birbirine eşit değildir, bunun sonucunda tristör gruplarının ve trafo sargılarının oluşturduğu kapalı bir döngüde (veya devrelerde), dengeleme reaktörlerini sınırlamak için bir dengeleme akımı akar. UR1-UR4, tristör dönüştürücüye dahildir (bkz. Şekil 1).

Reaktörler, grup başına bir veya iki adet dengeleme akımı döngüsüne bağlanır ve endüktansları, eşitleme akımı nominal yük akımının %10'unu geçmeyecek şekilde seçilir. Grup başına iki adet olmak üzere akım sınırlayıcı reaktörler açıldığında, yük akımı aktığında doyarlar. Örneğin, grup B işlemi sırasında, UR1 ve UR2 reaktörleri doymuşken, URZ ve UR4 reaktörleri doymamış kalır ve eşitleme akımını sınırlar. Grup başına bir (UR1 ve URZ) reaktörler açıksa, faydalı yük akarken bunlar doygun değildir.

Tutarsız kontrole sahip dönüştürücüler, koordineli kontrole göre daha küçük reaktör boyutlarına sahiptir.Bununla birlikte, tutarsız kontrol ile, izin verilen kontrol açılarının aralığı azalır, bu da transformatörün daha kötü kullanılmasına ve tesisatın güç faktörünün düşmesine yol açar.Aynı zamanda, kontrolün doğrusallığı ve elektriğin hız özellikleri sürücü ihlal edildi. Eşitleme akımlarını tamamen ortadan kaldırmak için valf gruplarının ayrı kontrolü kullanılır.

Ayrı kontrol, kontrol darbelerinin yalnızca o anda çalışması gereken gruba uygulanmasından oluşur. Rölanti grubunun valflerine kontrol darbeleri verilmez. Tristör dönüştürücünün çalışma modunu değiştirmek için, tristör dönüştürücünün akımı sıfır olduğunda, önce önceki çalışma grubundan kontrol darbelerini kaldıran ve ardından kısa bir aradan sonra (5-) özel bir anahtarlama cihazı kullanılır. 10 ms), diğer gruba kontrol darbeleri gönderir.

Ayrı kontrol ile, ayrı valf gruplarının devresine dengeleme reaktörlerini dahil etmeye gerek yoktur, transformatör tamamen kullanılabilir, tristör konvertörünün invertör modunda çalışma süresindeki azalma nedeniyle invertörün devrilme olasılığı azaltılır, enerji kayıpları azaltılır ve buna bağlı olarak, dengeleme akımlarının olmaması nedeniyle elektrikli tahrikin verimliliği artar. Bununla birlikte, ayrı kontrol, kontrol darbelerini bloke eden cihazların güvenilirliği konusunda yüksek talepler getirir.

Kilitleme cihazlarının çalışmasındaki arıza ve çalışmayan bir tristör grubunda kontrol darbelerinin ortaya çıkması, tristör dönüştürücüde dahili bir kısa devreye yol açar, çünkü bu durumda gruplar arasındaki dengeleme akımı yalnızca transformatörün reaktansı ile sınırlıdır. sarılır ve kabul edilemeyecek kadar büyük bir değere ulaşır.