Thyristor-DC/DC-Wandler

Thyristor-DC/DC-Wandler (DC) ist ein Gerät zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom mit Regelung nach einem bestimmten Gesetz der Ausgangsparameter (Strom und Spannung). Thyristorwandler dienen zur Versorgung der Ankerkreise von Motoren und ihrer Feldwicklungen.

Thyristor-Umrichter bestehen aus folgenden Grundeinheiten:

• ein Transformator oder eine strombegrenzende Drossel auf der Wechselstromseite,

• Gleichrichterblöcke,

• Glättungsdrosseln,

• Elemente des Steuerungs-, Schutz- und Signalsystems.

Der Transformator passt die Eingangs- und Ausgangsspannung des Wandlers an und begrenzt (wie die Strombegrenzungsdrossel) den Kurzschlussstrom in den Eingangskreisen. Glättungsdrosseln dienen dazu, die Wellen der gleichgerichteten Spannung und des gleichgerichteten Stroms zu glätten. Drosseln sind nicht vorgesehen, wenn die Lastinduktivität ausreicht, um die Welligkeit innerhalb bestimmter Grenzen zu begrenzen.

Durch den Einsatz von Thyristor-DC-DC-Wandlern lassen sich praktisch die gleichen elektrischen Antriebseigenschaften realisieren wie beim Einsatz von rotierenden Wandlern Generator-Motor-Systeme (D – D), d. h. die Drehzahl und das Drehmoment des Motors über einen weiten Bereich anzupassen, um besondere mechanische Eigenschaften und die gewünschte Art der Transienten beim Starten, Stoppen, Rückwärtsfahren usw. zu erhalten.

Gegenüber rotatorischen Umrichtern weisen sie jedoch eine Reihe bekannter Vorteile auf, weshalb bei Neuentwicklungen elektrischer Kranantriebe statische Umrichter bevorzugt werden. Thyristor-DC-DC-Wandler sind am vielversprechendsten für den Einsatz in elektrischen Antrieben von Kranmechanismen mit einer Leistung von mehr als 50–100 kW und Mechanismen, bei denen es erforderlich ist, besondere Eigenschaften des Antriebs im statischen und dynamischen Modus zu erhalten.

Gleichrichtungsschemata, Konstruktionsprinzipien von Stromkreisen von Umrichtern

Thyristorwandler werden einphasig und mehrphasig hergestellt Korrekturschaltungen… Es gibt verschiedene Auslegungsverhältnisse für die grundlegenden Gleichrichtungsschemata. Eines dieser Schemata ist in Abb. dargestellt. 1, a. Regelung der Spannung Va und des Stroms Ia durch Änderung des Steuerwinkels α... In Abb. In Abb. 1, b-e, ist beispielsweise die Art der Änderung von Strömen und Spannungen in einem dreiphasigen Nullgleichrichterkreis mit aktiv-induktiver Last dargestellt

Reis. 1. Dreiphasiger Neutralleiterkreis (a) und Diagramme der Strom- und Spannungsänderungen im Gleichrichter- (b, c) und Wechselrichtermodus (d, e).

Der in den Diagrammen dargestellte Winkel γ (Schaltwinkel) charakterisiert den Zeitraum, in dem der Strom gleichzeitig durch zwei Thyristoren fließt. Die Abhängigkeit des Mittelwerts der eingestellten Spannung Вa vom Einstellwinkel α wird als Regelkennlinie bezeichnet.

Für neutrale Stromkreise wird die durchschnittliche gleichgerichtete Spannung durch den Ausdruck angegeben

wobei m die Anzahl der Phasen der Sekundärwicklung des Transformators ist; U2f ist der Effektivwert der Phasenspannung der Sekundärwicklung des Transformators.

Bei Brückenschaltungen ist Udo 2 mal höher, da diese Schaltungen einer Reihenschaltung zweier Nullschaltungen entsprechen.

Einphasige Korrekturschaltungen werden in der Regel in Stromkreisen mit relativ großen induktiven Widerständen verwendet. Dies sind Stromkreise unabhängiger Erregerwicklungen von Motoren sowie Ankerstromkreise von Motoren mit geringer Leistung (bis zu 10-15 kW). Mehrphasenstromkreise werden hauptsächlich zum Vergießen von Ankerkreisen von Motoren mit einer Leistung von mehr als 15–20 kW und seltener zum Antrieb von Feldwicklungen verwendet. Im Vergleich zu einphasigen Gleichrichterschaltungen haben mehrphasige Gleichrichterschaltungen eine Reihe von Vorteilen. Die wichtigsten sind: geringere Pulsation der gleichgerichteten Spannung und des gleichgerichteten Stroms, bessere Nutzung von Transformator und Thyristoren, symmetrische Belastung der Phasen des Versorgungsnetzes.

In Thyristor-DC-DC-Wandlern, die für Kranantriebe mit einer Leistung von mehr als 20 kW vorgesehen sind, ist der Einsatz von Dreiphasen-Brückenschaltung… Dies ist auf die gute Nutzung des Transformators und der Thyristoren, die geringe Welligkeit der gleichgerichteten Spannung und des gleichgerichteten Stroms sowie die Einfachheit der Transformatorschaltung und -konstruktion zurückzuführen.Ein bekannter Vorteil einer dreiphasigen Brückenschaltung besteht darin, dass sie nicht mit einer Transformatorverbindung, sondern mit einer Strombegrenzungsdrossel hergestellt werden kann, deren Abmessungen deutlich kleiner sind als die Abmessungen des Transformators.

In einem dreiphasigen Neutralleiterkreis sind die Bedingungen für den Einsatz des Transformators mit den üblicherweise verwendeten Anschlussgruppen D/D und Δ/Y aufgrund des Vorhandenseins einer konstanten Flusskomponente schlechter. Dies führt zu einer Vergrößerung des Querschnitts des Magnetkreises und damit der Auslegungsleistung des Transformators. Um die konstante Komponente des Flusses zu eliminieren, wird eine Zickzack-Verbindung der Sekundärwicklungen des Transformators verwendet, was auch die Auslegungsleistung etwas erhöht. Der erhöhte Pegel und die Welligkeit der gleichgerichteten Spannung schränken zusammen mit dem oben genannten Nachteil die Verwendung eines dreiphasigen Neutralleiterkreises ein.

Bei Niederspannung und hohem Strom empfiehlt sich eine sechsphasige Drosselschaltung, da bei dieser Schaltung der Laststrom parallel und nicht wie bei einer dreiphasigen Brückenschaltung in Reihe über zwei Dioden fließt. Der Nachteil dieser Schaltung ist das Vorhandensein einer Glättungsdrossel mit einer typischen Leistung von etwa 70 % der korrigierten Nennleistung. Darüber hinaus kommt in Sechsphasenschaltungen ein recht komplexes Transformatordesign zum Einsatz.

Auf Thyristoren basierende Gleichrichterschaltungen ermöglichen den Betrieb in zwei Modi – Gleichrichter und Wechselrichter. Beim Betrieb im Wechselrichterbetrieb wird die Energie aus dem Lastkreis in das Versorgungsnetz übertragen, also in entgegengesetzter Richtung zum Gleichrichterbetrieb, daher sind beim Wechselrichterbetrieb der Strom und z. usw. c. Die Wicklungen des Transformators sind entgegengesetzt gerichtet und im geraden Zustand entsprechend.Die Stromquelle im invertierenden Modus ist z. usw. c. Last (Gleichstrommaschinen, Induktivität), die die Wechselrichterspannung überschreiten muss.

Der Übergang des Thyristor-Stromrichters vom Gleichrichtermodus in den Wechselrichtermodus erfolgt durch Änderung der Polarität von z. usw. c. Erhöhung der Last und des Winkels α über π/2 bei induktiver Last.

Reis. 2. Antiparallelschaltung zum Einschalten von Ventilgruppen. UR1 – UR4 – Ausgleichsreaktoren; RT – Strombegrenzungsdrossel; CP – Glättungsreaktor.

Reis. 3. Schema der irreversiblen TP für Stromkreise der Erregerwicklungen von Motoren. Um den Umkehrmodus sicherzustellen, ist es notwendig, dass der nächste schließende Thyristor Zeit hat, seine Sperreigenschaften wiederherzustellen, während an ihm eine negative Spannung anliegt, also im Winkel φ (Abb. 1, c).

Geschieht dies nicht, kann der schließende Thyristor durch Anlegen einer Durchlassspannung wieder öffnen. Dies führt zum Umkippen des Wechselrichters, wodurch ein Notstrom entsteht, wie z.B. usw. c. Gleichstrommaschinen und Transformator stimmen in der Richtung überein. Um einen Überschlag zu vermeiden, ist die Bedingung erforderlich

wobei δ der Winkel der Wiederherstellung der Sperreigenschaften des Thyristors ist; β = π — α Dies ist der Steigungswinkel des Wechselrichters.

Stromkreise von Thyristorwandlern, die für die Versorgung der Ankerkreise von Motoren bestimmt sind, werden sowohl in irreversibler (eine Gleichrichtergruppe von Thyristoren) als auch in reversibler (zwei Gleichrichtergruppen) Ausführung hergestellt. Irreversible Versionen von Thyristorwandlern, die eine unidirektionale Leitung bieten, ermöglichen den Betrieb im Motor- und Generatormodus in nur einer Richtung des Motordrehmoments.

Um die Richtung des Moments zu ändern, ist es notwendig, entweder die Richtung des Ankerstroms bei konstanter Richtung des Feldflusses zu ändern oder die Richtung des Feldflusses unter Beibehaltung der Richtung des Ankerstroms zu ändern.

Invertierende Thyristorwandler verfügen über verschiedene Arten von Stromschaltplänen. Am gebräuchlichsten ist das Schema mit der antiparallelen Verbindung zweier Ventilgruppen zu einer Sekundärwicklung des Transformators (Abb. 2). Ein solches Schema kann ohne separaten Transformator implementiert werden, indem Thyristorgruppen aus einem gemeinsamen Wechselstromnetz über Anodenstrombegrenzer von RT-Reaktoren gespeist werden. Der Übergang zur Reaktorversion reduziert die Größe des Thyristorwandlers erheblich und senkt seine Kosten.

Thyristorstromrichter für Wicklungskreise von Motorfeldern werden überwiegend in irreversibler Bauweise ausgeführt. In Abb. 3a zeigt einen der verwendeten Gleichrichterschaltkreise. Mit der Schaltung können Sie den Erregerstrom des Motors in einem weiten Bereich variieren. Der minimale Wert des Stroms tritt auf, wenn die Thyristoren T1 und T2 geschlossen sind, und der maximale Wert, wenn sie geöffnet sind. In Abb. 3, b, d zeigt die Art der Änderung der gleichgerichteten Spannung für diese beiden Zustände von Thyristoren, und in Abb. 3, in der Bedingung, wann

Steuerverfahren für invertierende Thyristorwandler

Bei invertierenden Thyristorwandlern gibt es zwei Hauptmethoden zur Steuerung der Ventilgruppen: gemeinsam und getrennt. Co-Management hingegen erfolgt konsequent und inkonsequent.

Mit koordinierter Steuerung schießende Impulse Thyristoren werden so an die beiden Ventilgruppen angelegt, dass die Durchschnittswerte der korrigierten Spannung für die beiden Gruppen einander gleich sind. Dies wird unter der Bedingung gewährt

wobei av und ai die Einstellwinkel der Gruppen von Gleichrichtern und Wechselrichtern sind. Bei inkonsistenter Regelung übersteigt die mittlere Spannung der Wechselrichtergruppe die Spannung der Gleichrichtergruppe. Dies wird unter der Bedingung erreicht, dass

Die Momentanwerte der Gruppenspannungen bei gemeinsamer Steuerung sind nicht immer gleich, wodurch in einem geschlossenen Regelkreis (oder Stromkreisen), der aus Thyristorgruppen und Transformatorwicklungen besteht, ein Ausgleichsstrom fließt, der die Ausgleichsdrosseln begrenzt UR1-UR4 sind im Thyristorwandler enthalten (siehe Abb. 1).

Die Drosseln sind an die Ausgleichsstromschleife angeschlossen, eine oder zwei pro Gruppe, und ihre Induktivität ist so gewählt, dass der Ausgleichsstrom 10 % des Nennlaststroms nicht überschreitet. Wenn die Strombegrenzungsdrosseln eingeschaltet sind, zwei pro Gruppe, gelangen sie in die Sättigung, wenn der Laststrom fließt. Beispielsweise sind im Betrieb der Gruppe B die Drosseln UR1 und UR2 gesättigt, während die Drosseln URZ und UR4 ungesättigt bleiben und den Ausgleichsstrom begrenzen. Wenn die Reaktoren eingeschaltet sind, einer pro Gruppe (UR1 und URZ), sind sie nicht gesättigt, wenn die Nutzlast fließt.

Konverter mit inkonsistenter Regelung haben kleinere Reaktorgrößen als mit koordinierter Regelung.Bei inkonsistenter Steuerung verringert sich jedoch der Bereich der zulässigen Steuerwinkel, was zu einer schlechteren Ausnutzung des Transformators und einer Verringerung des Leistungsfaktors der Anlage führt. Gleichzeitig nimmt die Linearität der Steuer- und Geschwindigkeitseigenschaften des Stroms ab Antrieb ist verletzt. Durch die getrennte Ansteuerung von Ventilgruppen werden Ausgleichsströme vollständig eliminiert.

Die getrennte Steuerung besteht darin, dass die Steuerimpulse nur auf die Gruppe angewendet werden, die gerade arbeiten soll. Den Ventilen der Leerlaufgruppe werden keine Steuerimpulse zugeführt. Um die Betriebsart des Thyristorwandlers zu ändern, wird ein spezielles Schaltgerät verwendet, das bei Nullstrom des Thyristorwandlers zunächst die Steuerimpulse aus der vorherigen Arbeitsgruppe entfernt und dann nach einer kurzen Pause (5-) 10 ms) sendet Steuerimpulse an die andere Gruppe.

Bei separater Steuerung ist es nicht erforderlich, Ausgleichsdrosseln in den Stromkreis einzelner Ventilgruppen einzubeziehen, der Transformator kann voll ausgenutzt werden, die Wahrscheinlichkeit eines Umkippens des Wechselrichters aufgrund einer Verkürzung der Betriebszeit des Thyristorwandlers im Wechselrichterbetrieb beträgt reduziert, Energieverluste werden reduziert und dementsprechend steigt der Wirkungsgrad des Elektroantriebs aufgrund der fehlenden Ausgleichsströme. Die getrennte Steuerung stellt jedoch hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit von Vorrichtungen zur Blockierung von Steuerimpulsen.

Funktionsstörungen von Sperreinrichtungen und das Auftreten von Steuerimpulsen an einer nicht arbeitenden Thyristorgruppe führen zu einem internen Kurzschluss im Thyristorstromrichter, da der Ausgleichsstrom zwischen den Gruppen in diesem Fall nur durch die Reaktanz des Transformators begrenzt wird Wicklungen und erreicht einen unzulässig großen Wert.