Силовая электроника шпорки. 1. Силовая электроника, определение, современное состояние и основные направления развития. Силовая электроника

• Название: 1. Силовая электроника, определение, современное состояние и основные направления развития. Силовая электроника
• Анкор: Силовая электроника шпорки.docx
• Дата: 17.02.2017
• Размер: 9.35 Mb.
• Имя файла: Силовая электроника шпорки.docx
• Тип: Документы; #2800
• страница: 9 из 9

67. Основные схемы АИР со встроенными диодами и удвоением частоты, временные диаграммы работы, расчет основных параметров и характеристик.

Увеличение частоты выходного напряжения инверторов сопровождается ростом потерь мощности при переключении тиристоров, в результате загрузка тиристоров по току должна снижаться. Практически это приводит к снижению выходной активной мощности инвертора почти обратно пропорционально квадрату увеличения частоты. Так по данным работы [16] мощность инвертора на тиристорах ТБ-400 при увеличении частоты с 2 до 12 кГц (в 6 раз) снижается с 85 до 2 кВт (в 42 раза), а на тиристорах ТЧ-125 при увеличении частоты с 4 до 25 кГц (в 6 раз) мощность уменьшается с 13 до 0,8 кВт (в 16 раз). Поэтому ограничение частотных возможностей тиристоров для получения высоких частот выходного напряжения приходится обходить путем применения специальных схемотехнических решений инверторов. В таких схемах частоты коммутаций тиристоров в целое число фаз меньше частоты выходного напряжения инвертора, т.е. достигается схемотехническое умножение частоты выходного напряжения. Наиболее просто, без больших дополнительных усложнений схемы инвертора, удваивается частота выходного напряжения инвертора. При этом используется то обстоятельство в работе резонансных инверторов, что частота полуволн тока в звене постоянного тока инвертора равна удвоенной частоте выходного напряжения однофазного инвертора. Формально объяснить этотфакт, даже без рассмотрения схем конкретных инверторов, можно тем, чтовентильный комплект инвертора, представляемый в модели коммутационной функцией, связывает не только выходные переменные инвертора с входными(т.е. сторону переменного тока со стороной постоянного тока), но и, наоборот входные переменные инвертора с выходными переменными в звене переменного тока, как это видно из уравнений модели инвертора (2.1.1б) и (2 1.1а).В этом случае выходное напряжение и ток инвертора как бы выпрямляются по отношению ко входу инвертора, при этом, как известно из теории выпрямления, частота выпрямленных напряжения и тока возрастает в qm2 раз, илив 2 раза применительно к рассматриваемым однофазным мостовым схемаминверторов. Первая схема резонансного инвертора с вентилями обратного тока и с удвоением частоты показана на рис. 2.2.16,а. В этой схеме нагрузка через разделительный конденсатор Ср (или последовательный CpLp контур) подключенапараллельно входу вентильного комплекта инвертора, при этом в нагрузкевыделяется гармоника напряжения, имеющая двойную частоту по отношениюк частоте выходного напряжения инвертора. Диаграммы напряжений и токовэлементов инвертора приведены на рис. 2.2.16,б. Первая схема резонансного инвертора с вентилями обратного тока и с уд воением частоты показана на рис. 2.2.16,а. В этой схеме нагрузка через разделительный конденсатор Ср (или последовательный CpLp контур) подключена параллельно входу вентильного комплекта инвертора, при этом в нагрузке выделяется гармоника напряжения, имеющая двойную частоту по отношению к частоте выходного напряжения инвертора. Диаграммы напряжений и токов элементов инвертора приведены на рис. 2.2.16,б. На интервале t0t1 открыты два тиристора диагонали вентильного моста и конденсатор Ск контура коммутации заряжается в колебательном режиме от источника входного напряжения. На интервале t1t2 идет колебательный разряд конденсатора на звено постоянного тока через вентили обратного тока той же диагонали вентильного моста, при этом тиристоры восстанавливают свои управляющие свойства. На интервале t2t3 все вентили моста закрыты и постоянный ток id звена постоянного тока течет только в цепь нагрузки Zн. В момент времени t3 включаются тиристоры второй диагонали моста и происходят аналогичные процессы перезаряда коммутирующего конденсатора Ск в противоположном направлении. Ток нагрузки iн определяется как разность тока id в звене постоянного тока и тока iк коммутирующего контура LкСк и имеет двойную частоту по отношению к частоте выходного напряжения инвертора.



68. Использование АИР со встречными диодами и удвоением частоты в системах управления электротехнологических установок.

Схемы АИР приведенных групп нашли широкое применение в различных ЭТУ и наиболее перспективны для реализации мощных источников питания среднечастотного диапазона [1, 4-18]. Это связано с рядом важных их преимуществ и характеристик, таких как простота запирания и относительно большое схемное время восстановления тиристоров t_acc; синусоидальная форма тока через тиристоры, а значит, относительно небольшая крутизна нарастания тока di/dtчерез них; стабилизация напряжения на силовых вентилях и других элементах АИР при изменении величины и характера нагрузки в широких пределах, вплоть до короткого замыкания (КЗ) нагрузки; возможность реализации как частотного, так и фазового регулирования выходного напряжения U_вых (мощности P_вых) без применения дополнительных силовых устройств; возможность повышения (умножения) U_выхпри U_вх =const, а также получение симметричного U_выхотносительно «земли» при питании АИР от трехфазной промышленной сети 50 Гц через мостовой выпрямитель.

Однако для АИР с встречными диодами характерны также высокая крутизна нарастания пряного напряжения du/dtна тиристорах и наличие коммутационных перенапряжений на вентилях большой амплитуды и крутизны нарастания, возникающих в моменты выключения, то есть обрыва обратного тока диодов (U_т1), и при включении очередных противофазных тиристоров (U_т1), Это приводит, если не принять мер, к снижению надежности АИР из-за высокой вероятности самопроизвольного включения тиристоров, пробоя и выхода их из строя [6, 9, 17]. В [1] авторы выделили наиболее эффективные методы и средства повышения надежности АИР для ответственных, не терпящих перерыва электротехнологических процессов. Было отмечено обязательное введение резервирования, но при условии принятия дополнительных (комплексных) мер, позволяющих получить высокую вероятность безотказной работы как основного АИР, так и резервного. Таким образом, для рассматриваемых случаев применения АИР резервирование является необходимый, но недостаточный.



а) Схема АИР с открытыми входом и встречными диодами.

На рис. la приведена базовая схема мостового АИР с открытый входом, удвоением частоты и встречными диодами, питание которого осуществляется от трехфазной промышленной сети 50 Гц, напряжением Un- 380 В через мостовой выпрямитель ВП и тиристорно-конденсаторный выключатель KB, при этом U_mn=510-520В. Нагрузка, обычно представляющая собой колебательный нагрузочный контур с эквивалентным активный сопротивлением Rн, включена в цель разделительного конденсатора, при этом Ср>> С_к. Включение встречных диодов параллельно тиристорам в схемах АИР с открытым и закрытым входами позволило решить весьма важные вопросы по повышению устойчивости их работы как за счет относительного увеличения и получения схемного времени восстановления тиристоров tвсс = Т₀/2 const, где Т₀ — период собственных колебаний контура СкLк, так и ограничения прямого напряжения на них на определенном, относительно низком уровне, при изменениях нагрузки от максимального допустимого уровня до КЗ. При этом возникают, как было показано выше, задачи, связанные с необходимостью ограничения и равномерного распределения крутизны нарастания du₂/dtпрямого напряжения и коммутационных перенапряжений на тиристорах, возникающих в моменты обрыва обратного тока встречных диодов и включения противофазных тиристоров. Это особенно важно при последовательном соединении тиристоров (диодов) в высоковольтных, мощных АИР [1, 9, 17]. С точки зрения устойчивости и надежности работы АИР наиболее «опасны» перенапряжения, возникающие в моменты обрыва обратного тока (Iоб) встречных диодов, которые имеют высокую амплитуду (U_m1) и крутизну нарастания, являются прямыми и прикладываются к запираемому тиристору как раз в момент окончания tвсс. Величина U_m1зависит от крутизны спада di_об/dt, которая, в свою очередь, увеличивается со снижением нагрузки и максимальна при КЗ нагрузки. Кроме того, U_mlзависит от величины Lк времени выключения tвык и его составляющих — восстановления обратного сопротивления tво и tсп— быстрого спада обратного тока встречных диодов. При расчете демпфирующих RС-цепей? а также коммутационных потерь в [19, 20] показано, что t_во, t_cnв достаточно широком диапазоне связаны со временем выключения t_Bык линейной зависимостью, и поэтому могут быть использованы следующие соотношения t_во=0,15 tвык, t_cn=0,04 tвык


40. Силовые интеллектуальные приборы (СИП), структура, классификация, особенности и защитные функции СИП.

СПП- силовой п\пров-ый прибор

СПМ- силовой п\пров-ый модуль



Силовые ЭУ интеллектуальные приборы представляют собой в одно подложке реализуются необходимые и элементы и соединения автоматических систем контроля и управления. Представляют собой АСКУ, СПП и СПМ.



ДР-система управления

СТ-стабилизатор

СТТ- система токового контроля

СЗТ-система защиты по току

СТ-стабилизатор

СКЗ-система контроля и защиты

Контроль в интел-х приборах:

• 
  Контроль t прибора
  
• 
  Контроль тока
  
• 
  Защита при к з или при обрыве нагрузки
  
• 
  Конроль подключения или отключения общего вывода
  
• 
  Выдачи сигналов состояние силового вентиля
  
• 
  Управление силовой части по определенному алгоритму
  
• 
  Контроль напряжения на затворе.
  

72. Структура быстродействующих систем защиты СЭУ при аварийных режимах, основные элементы и требования к ним.

Причины, вызывающие аварийные режимы в СЭУ, весьма разнообразны и зависят как от условий и режимов работы СПП (СГМ) в них [6], так и от нарушений (отказов) работы СПП (СГМ), систем управления и регулирования, системы охлаждения (СОХ), защитных RC-цепочек (снабберов) СПП, воздействия сетевых перенапряжений и др. Для ТПЧ с АИР наиболее характерны так называемые «сквозные» и «частичные» срывы инвертирования, основными причинами которых являются: снижение схемного времени восстановления тиристоров tbbc ниже допустимого значения; повышенное значение dua/dt — крутизны нарастания прямого напряжения на тиристорах из-за обрыва или КЗ элементов снабберов; значительно реже из-за нарушения работы систем управления [6]. «Сквозные» срывы инвертирования представляют собой КЗ источника постоянного тока (выпрямителя) через тиристоры АИР, а «частичные» — нарушение работы отдельных, последовательно включенных тиристоров, что ведет к значительному снижению надежности дальнейшей работы ТПЧ. «Частичные» срывы характерны для высоковольтных АИР с последовательно включенными тиристорами и приводят, если не принять мер, к развитию сквозного срыва. Характерным также для ТПЧ с АИР для индукционных установок является КЗ элементов цепи нагрузки (индуктора, шин, конденсаторов и др.) на «землю», что непосредственно приводит к аварийному режиму выпрямителя, а также к нарушению работы и даже аварии в АИР. Многолетний опыт промышленной эксплуатации ТПЧ с АИР для индукционных установок показывает, что отмеченные выше аварийные режимы (отказы) составляют до 75-80% от всех отказов. В этой связи быстрое обнаружение и ликвидация аварийного режима без потери работоспособности ТПЧ с АИР (СЭУ) — главная задача системы защиты (СЗ). При этом для оценки перегрузочной способности СПП по току существуют четыре способа: рабочие перегрузочные характеристики (параметры), аварийные перегрузочные характеристики (параметры), ударный ток и параметр ∫i²dt. Эти характеристики и параметры приводятся в справочниках, каталогах и используются при построении СЗ СЭУ [45]. Возможны и другие неисправности ТПЧ с АИР, однако в большинстве случаев важным является своевременное обнаружение и предотвращение их последствий.
С учетом главных задач, основные требования к СЗ ТПЧ с АИР (СЭУ) могут быть сформулированы следующим образом:

• 
  максимально быстрое и надежное (достоверное) определение отказов (аварийных режимов) в самом начале их возникновения и установление их вида;
  
• 
  контроль и своевременное обнаружение отклонения от допустимых значений тех параметров ТПЧ с АИР, которые могут приводить к отказам;
  
• 
  максимально быстрое отключение, при отказах в АИР, источника постоянного тока ТПЧ (СЭУ) с ограничением амплитуды и длительности протекания его выходного тока, определяемыми допустимой рабочей или аварийной перегрузочной способностью и используемых СПП (СГМ);
  
• 
  эффективное ограничение аварийных токов через СПП (СГМ) АИР по амплитуде и длительности значениями, определяемыми допустимой рабочей или аварийной перегрузочной способностью их;
  
• 
  применение резервного отключающего устройства первичной сети с учетом селективности отключения и параметров аварийной перегрузочной способности СПП (СГМ) СЭУ;
  
• 
  выполнение предпускового контроля СЗ и запись во флеш-память (ФП) основных параметров контроля работы СЗ, по переднему фронту сигналов соответствующих датчиков отказа и до ликвидации аварийного режима, с временной привязкой и в реальном масштабе времени;
  
• 
  возможность повторного включения (автоматического или ручного) ТПЧ с АИР (СЭУ) с минимально возможной временной задержкой — при условии успешной ликвидации аварийного процесса.
  

На рис. 1 приведена обобщенная структурная схема СЗ ТПЧ с АИР, которая состоит из следующих блоков и устройств: блок датчиков (БДТ), куда поступают сигналы со всех первичных датчиков (ДТ1öДТп) контроля параметров рабочего и аварийного состояний блоков ТПЧ, системы охлаждения (СОХ), управляемого объекта (УО) с эквивалентной нагрузкой Rro и резервного автоматического выключателя (АВ); измерительно-вычислительного устройства (ИВУ) или комплекса (ИВК); блока управления и защиты (БУЗ); быстродействующего конденсаторного выключателя (КВК); блока предпускового и текущего контроля (БКП) СЗ и ТПЧ с АИР; устройства отображения информации (УОИ); флеш-памяти (ФП).