DC-Ventilwandler

Ventil-Gleichstromwandler werden zur Versorgung der Feld- und Ankerwicklungen von Gleichstrom-Elektromotoren verwendet, wenn ein breiter Drehzahlregelungsbereich und eine hohe Qualität der Übergangsmodi des Elektroantriebs erforderlich sind.

Für diese Benutzer können die Stromkreise von Ventilwandlern sein: Null oder Brücke, einphasig oder dreiphasig. Die Wahl der einen oder anderen Wandlerschaltung sollte auf Folgendem basieren:

• Bereitstellung einer zulässigen Anregung im gleichgerichteten Spannungsverlauf,

• Begrenzung der Anzahl und Größe höherer Harmonischer Wechselspannung,

• hoher Einsatz von Leistungstransformatoren.

Es ist bekannt, dass die pulsierende gleichgerichtete Wandlerspannung einen pulsierenden Strom im Motor erzeugt, der die normale Kommutierung des Motors stört. Darüber hinaus verursachen Spannungswelligkeiten zusätzliche Verluste im Motor, was dazu führt, dass dessen Leistung überschätzt werden muss.

Eine Verbesserung der Kommutierung und Reduzierung der Verluste im Elektromotor kann entweder durch eine Erhöhung der Phasenzahl des Gleichrichters, durch die Einführung einer Glättungsinduktivität oder durch eine Verbesserung des Motordesigns erreicht werden.

Wenn der Umrichter dafür ausgelegt ist, den Ankerkreis des Motors mit geringer Induktivität zu versorgen, sind seine rationalsten Stromkreise dreiphasig: doppelter dreiphasiger Nullpunkt mit einer Überspannungsdrossel, Brücke (Abb. 1).

Reis. 1. Versorgungskreise von Dreiphasen-Thyristorwandlern: a – doppelter dreiphasiger Nullpunkt mit Ausgleichsdrossel, b – Brücke

Zur Stromversorgung von Feldspulen GleichstrommotorenBei erheblicher Induktivität können die Stromkreise von Ventilwandlern sowohl dreiphasig als auch dreiphasig oder dreiphasig sein (Abb. 2).

Reis. 2. Schemata von Thyristorgleichrichtern zur Stromversorgung der Feldwicklungen: A-dreiphasiger Nullpunkt, b-einphasige Brücke, c-dreiphasiger halbgesteuerter Gleichrichter

Von den dreiphasigen Gleichrichterschaltungen ist die dreiphasige Brücke am weitesten verbreitet (Abb. 1, b). Die Vorteile dieses Gleichrichtungsschemas sind: hoher Einsatz passender Dreiphasentransformatoren, kleinster Wert der Sperrspannung der Ventile.

Bei leistungsstarken Elektroantrieben wird die Reduzierung der gleichgerichteten Spannungswelligkeit durch Parallel- oder Reihenschaltung von Gleichrichterbrücken erreicht. In diesem Fall werden die Gleichrichterbrücken entweder von einem Dreiwicklungstransformator oder von zwei Zweiwicklungstransformatoren gespeist.

Im ersten Fall ist die Primärwicklung des Transformators im „Stern“ und die Sekundärwicklung im „Stern“ und die andere im „Dreieck“ geschaltet.Im zweiten Fall wird einer der Transformatoren nach dem „Stern-Stern“-Schema und der zweite nach dem „Delta-Stern“-Schema angeschlossen.

Aufgrund der Tatsache, dass die Primär- und Sekundärwicklungen der Transformatoren unterschiedliche Anschlussschemata haben, weist die gleichgerichtete Spannung auf einer Brücke Wellenformen auf, die in einem Winkel zu den Wellenformen der gleichgerichteten Spannung auf der anderen Brücke phasenverschoben sind. Infolgedessen weist die gesamte gleichgerichtete Spannung des Ankers des Motors Welligkeiten auf, deren Frequenz doppelt so hoch ist wie die Frequenz der Wellen jeder Brücke. Die Gleichung der Momentanwerte der gleichgerichteten Spannungen parallel zu den angeschlossenen Brücken erfolgt eine Glättungsdrossel. Bei der Reihenschaltung von Gleichrichterbrücken funktioniert die Schaltung ähnlich.

Um die Anzahl der ansteuerbaren Ventile zu reduzieren, werden zur Korrektur teilregulierte oder Einfachbrückenschaltungen eingesetzt. In diesem Fall ist die Hälfte der Brücke, beispielsweise die Kathodengruppe, gesteuert, und die Anodenhälfte ist ungesteuert, d. h. auf Dioden montiert (siehe Abb. 2, c).

Alle oben genannten Stromkreise des Wandlers sind irreversibel, da sie den Stromfluss in der Last nur in eine Richtung gewährleisten. Der Übergang von einem irreversiblen zu einem reversiblen Stromkreis kann entweder durch die Verwendung eines Kontaktumkehrers oder durch die Installation von zwei Gleichrichtersätzen erfolgen. Solche Gleichrichter werden in antiparallelen (Abb. 3) oder gekreuzten (Abb. 4) Schemata hergestellt.

Bei einer Antiparallelschaltung werden beide Brücken U1 und U2 (siehe Abb. 3) aus der gemeinsamen Wicklung des Transformators gespeist und gegenläufig und parallel zueinander geschaltet. In einer Crossover-Schaltung wird jede Brücke von einer separaten Spule gespeist und über die Crossover-Schaltung mit der Last verbunden.

Reis.3. Schema antiparalleler Verbindungswandler

Reis. 4. Diagramm der Querverbindung von Wandlern

Die Ansteuerung der Brückenventile von Zweikomponenten-Umkehrwandlern kann getrennt oder gemeinsam erfolgen. Bei der separaten Ansteuerung werden die Steuerimpulse nur den Ventilen der Brücke zugeführt, die gerade in Betrieb ist und für die gewünschte Stromrichtung im Lastkreis sorgt. Gleichzeitig werden die Ventile der anderen Brücke gesperrt.

Bei der gemeinsamen Steuerung werden die Steuerimpulse unabhängig von der Stromrichtung in der Last gleichzeitig an die Ventile beider Brücken angelegt. Daher arbeitet bei dieser Steuerung eine der Brücken im Gleichrichterbetrieb und die andere ist für den Wechselrichterbetrieb vorbereitet. Co-Governance hingegen kann konsistent und inkonsistent sein.

Bei der koordinierten Steuerung werden den Ventilen beider Brücken Steuerimpulse zugeführt, so dass die Durchschnittswerte der korrigierten Spannung y letztere waren gleich. Im Falle einer inkonsistenten Regelung ist es erforderlich, dass die mittlere gleichgerichtete Spannung der im Wechselrichtermodus arbeitenden Brücke (Wechselrichterventilgruppe) die Spannung der im Gleichrichtermodus arbeitenden Brücke (Gleichrichterventilgruppe) übersteigt.

Der Betrieb reversibler Stromkreise mit gemeinsamer Steuerung ist durch das Vorhandensein eines Ausgleichsstroms in einem geschlossenen Regelkreis gekennzeichnet, der aus den Gruppenventilen und den Wicklungen des Transformators besteht und aufgrund der Ungleichheit der Momentanwerte aller Gruppenspannungen auftritt die Zeit. Um Letzteres zu begrenzen, werden Ausgleichsdrosseln L1 – L4 in die Stromkreise eingefügt (siehe Abb. 3).

Die Vorteile der gemeinsamen koordinierten Steuerung sind Einfachheit, die Möglichkeit, von einem Modus in einen anderen umzuschalten, eindeutige statische Eigenschaften und das Fehlen eines intermittierenden Strommodus auch bei geringen Lasten. Allerdings fließen bei dieser Regelung große Ausgleichsströme im Stromkreis.

Ketten mit unangepasster Steuerung haben kleinere Drosselgrößen als mit angepasster Steuerung. Bei einer solchen Steuerung verringert sich jedoch der Bereich der zulässigen Steuerwinkel, was zu einer Unterauslastung des Transformators und einer Verringerung des Leistungsfaktors führt.

Die oben genannten Nachteile entfallen bei der Wandlerschaltung mit separater Steuerung. Bei dieser Steuermethode entfallen Ausgleichsströme vollständig, da in diesem Fall die Zufuhr von Steuerimpulsen nur für eine Arbeitsgruppe von Ventilen erfolgt. Daher besteht keine Notwendigkeit, Drosseln und im Allgemeinen die Transformatorleistung auszugleichen, da die Gleichrichtergruppe mit dem Nullwert des Einstellwinkels geöffnet werden kann.