Учебнометодическое пособие по учебной дисциплине Силовая преобразовательная техника
 Скачать 6.05 Mb.
|
|
Тема 2.4 Системы управления выпрямителей. Структура и функции СИФУ. 74 Занятие 13 Классификация системуправления. 75 Занятие 14 Структурная схема СИФУ. Типовые блокиСИФУ. неискаженного, синусоидального напряжения, потенциально развязанного с сетью, с соответствующей амплитудой и фазой. УС отмечает переходы через ноль сетевого напряжения (Uсинх) и формирует разрешающие сигналы Up1 и Uр2, соответствующие положительным и отрицательным полупериодам сетевого напряжения. ГРН - генератор развертываемого напряжения формирует, в данном случае пилообразное опорное напряжение Un на основании входного сигнала Uon, возвращаясь в исходное состояние в момент подачи импульсов Uсинх. 76 НО - нуль-орган (компаратор) сравнивает на входе пилообразное напряжение Uпил с напряжением управления Uу в момент их равенства меняет свое выходное состояние. Компаратор К преобразует Uу в фазовый сдвиг, т. е. угол а. ФДИ - формирователь длительности импульсов по переднему фронту сигнала Uно формирует прямоугольные импульсы с длительностью, достаточной для надежного открывания тиристоров силового блока. РИ - распределитель импульсов управляется сигналами Up1 и Up2 с выхода УС и служит для распределения импульсов Ugt пj тиристорам VS1...VS4. Он формирует на выходе открывающие импульсы Ugt1 и Ugt2. ВФ1, ВФ2 - выходные формирователи формируют открывающие импульсы по мощности, необходимой для надежного включения тиристоров, и обеспечивают потенциальную развязку СУ с силовым блоком. ГВИ - генератор высокочастотных импульсов генерирует импульсы высокой частоты. Он необходим, если управление тиристорами осуществляется широкими импульсами (для исключения насыщения импульсных трансформаторов ВФ). 77 При изменении Uy изменяется угол α, что приводит к изменению длительности проводящего состояния тиристоров СБ и регулированию величины выпрямленной ЭДС Е. В данном случае, уменьшению Uy соответствует уменьшению угла α и, следовательно, увеличению выходной ЭДС Е, что неудобно, т.к. при Uy = 0, Е=Еmax, а необходимо, чтобы при Uy = О Е=0. Для исключения этого вводится напряжения смещения Ucм подаваемое на компаратор К дополнительно к Uу и Uсм. 78 Занятие 15 Характеристика управления СИФУ. Характеристикой управления СИФУ называется зависимость угла открывания вентилей α от напряжения управления U У на входе СИФУ, или = f(U У ). Характеристика управления СИФУ, с учетом напряжения смещения. Описывается уравнением MAX ОП СМ У U U U , где U СМ – напряжение смещения, В. U ОП.MAX – максимальное значение опорного напряжения, В. Изменяя величину напряжения управления U У в пределах от 0 до U СМ производится значений α по формуле, результаты расчетов сводятся в таблицу. По результатам расчетов строится график характеристики управления СИФУ. 79 Занятие 16-17 Тема 2.5 Реверс двигателя при питании от выпрямителя. Реверсивный преобразователь- это двухкомплектный рекуперирующий преобразователь, обеспечивающий передачу мощности в обоих направлениях, как за счет изменения направления напряжения, так и за счет изменения направления тока. Реверсивный преобразователь содержит два комплекта вентилей. Второй комплект предназначен для того, чтобы изменять направление тока. Схемы реверсивных преобразователей носят названия перекрестной и встречно- параллельной 80 Наиболее часто комплекты вентилей проводят ток по очереди. Комплекты могут выполняться на основе ранее изученных схем выпрямителей. В перекрестной схеме требуется применение более сложного трансформатора. 81 Во встречно-параллельной схеме сложнее система управления. В настоящее время преимущественно применяется встречно-параллельная схема. 82 Существует два способа управления комплектами вентилей: • раздельное управление, при котором всегда работает только один комплект вентилей. Чтобы включить второй комплект, надо подождать, пока через первый полностью прекратится ток, и выдержать для надежности бестоковую паузу; • совместное управление, при котором одновременно работают оба комплекта. При этом один комплект работает в выпрямительном, а второй - в инверторном режиме. Преимущества раздельного управления: •отсутствие токоограничивающих уравнительных реакторов, снижение потерь и габаритов из-за отсутствия реакторов. 83 Преимущества совместного управления • большее быстродействие • (нет бестоковых пауз), проще система управления, устраняется участок • прерывистых токов на внешней характеристике. В настоящее время применяется в основном раздельное управление, и, только если очень важны динамические показатели, применяется совместное управление 84 Занятие 18 Тема 2.6 Внешняя и регулировочная характеристики выпрямителя Внешней характеристикой преобразователя называется зависимость выходной ЭДС выпрямителя Е d от тока нагрузки I Н при постоянном угле открывания тиристоров , или Е d = f(I) при = const. Выходную ЭДС выпрямителя можно приравнять к напряжению на якоре двигателя Е d =U. В общем случае, без учета зоны прерывистого тока, внешний характеристика представляет собой семейство прямых параллельные между собой, наклоненных к оси абсцисс (оси тока). Напряжение на якоре двигателя определяется выражением ЯЦ Н Н е R I с U , (1) где Се - конструктивная постоянная электродвигателя при номинальном потоке возбуждения, В с (здесь и далее считаем, что поток возбуждения соответствует номинальному значению). Воспользовавшись номинальными значениями скорости двигателя, тока якоря, напряжения на якоре и сопротивления якоря из формулы (1) можно найти коэффициент Се Н ЯЦ Н Н R I U Се (2) Суммарное активное сопротивление якорной цепи двигателя рассчитывается по формуле ∑R ЯЦ = R Я + R ДП + R ТР(АР) + R ДР + R П , (3) где R Я - сопротивление якоря двигателя, Ом (по заданию); R ДП - сопротивление дополнительных полюсов, Ом (по заданию); R ТР(АР) - активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора (анодного реактора), Ом; R ДР - активное сопротивление сглаживающего дросселя, Ом; R П - сопротивление перекрытия анодов вентилей, Ом. Активное сопротивление сглаживающего дросселя определяем по формуле 85 2 Н КЗ ДР I P R (4) Сопротивление перекрытия анодов вентилей рассчитывается по формуле 2 ЯЦ п П L m R (5) Для расчета и построения внешней характеристики необходимо: 1 Рассчитать углы открывания вентилей, соответствующих скорости двигателя Н , 0,5 Н и 0,1 Н а) для однофазных и трехфазных мостовых 1 ) ( 2 arccos 0 E R I W Ce ЯЦ Н Н (6) б) для трёхфазных нулевых 0 ) ( arccos E R I W Ce ЯЦ Н Н (7) 2 Зная значения угла открывания по формуле (8), (9) рассчитывается значение напряжения на якоре двигателя для токов равных номинальному току и I Н =0, т.е. по двум точкам построим внешнюю характеристику выпрямителя для каждого из значении угла открывания а) для однофазных и трехфазных мостовых В ЯЦ Н U R I E U 2 ) cos 1 ( 0 , (8) где - угол открывания тиристоров, град; ∑R ЯЦ - суммарное активное сопротивление якорной цепи, Ом; ∑∆U В - суммарное падение напряжения на СПП, В. Принимаем ∑∆U В = 2В. б) для трёхфазных нулевых В ЯЦ Н U R I E U cos 0 (9) Е 𝟎 = К сх 𝑼 𝟐 Однако в области малых токов существует, так называемая зона прерывистого тока, представляющая собой эллипс с полуосями, равными соответственно Ео и I ГР.MAX = (0,05...0,15)I H . В зоне прерывистого тока внешние характеристики представляют собой отрезки параболы, соединяющей точку пересечения границы зоны прерывистого тока и прямой, имеющей значение Рассчитанные значения представляются в виде таблицы и строятся внешние характеристики. 86 87 Занятие 19 Тема 2.7 Источники возникновения помех в выпрямителях. Переходные процессы в цепях преобразователей электрической энергии часто сопровождаются перенапряжениями. Основными из которых являются: перенапряжения, обусловленные процессами в полупроводниковых приборах в момент коммутации тока; коммутационные перенапряжения, возникающие в момент отключения внешних цепей с индуктивностями; перенапряжения вызванные резонансными явлениями в преобразователях; внешние перенапряжения, поступающие из питающей сети. Перенапряжения могут привести к электрическому пробою приборов, вызывающему как правило, возникновение коротких замыканий. При всех повреждениях, вызывающих протекание опасных для полупроводниковых вентилей токов кз или перегрузки должна срабатывать токовая защита. Назначение защиты – это контроль и предупреждение превышения токов сверхдопустимой нормы. При больших перегрузках и токах кз защита должны отключать преобразователь или его поврежденную часть. Ввиду чувствительности полупроводниковых вентилей к перегрузкам, коротким замыканиям и перенапряжениям для обеспечения надежной работы преобразователей предъявляются следующие основные требования к системам защиты: 1) максимальное быстродействие с целью ограничения аварийных токов по длительности и амплитуде; 2) ограничение всех видов внешних и внутренних перенапряжений до допустимого уровня; 3) отключение поврежденного участка не должно вызывать дополнительных нагрузок на оставшиеся в работе вентили и недопустимых перенапряжений на них. 4) возможность применения автоматического повторного включения (АПВ) преобразователей после срабатывания защиты при условии ликвидации аварийного процесса. Почти все переходные процессы в цепях вентильных преобразователей сопровождаются перенапряжениями, как правило, обусловленными резким изменением тока в индуктивностях. Основные виды перенапряжений, воздействующих на полупроводниковые вентили: - перенапряжения, обусловленные физическими процессами в полупроводниковых ключах в моменты коммутации тока за счет эффекта накопления носителей; - коммутационные перенапряжения, возникающие в моменты отключения цепей с индуктивностями; - перенапряжения, обусловленные резонансными явлениями в преобразователях; - внешние перенапряжения, поступающие из питающей сети при 88 прерывистых коротких замыканиях на землю, при разрядах молнии и др. Перенапряжения могут привести к электрическому пробою вентилей, как правило, вызывающему возникновение коротких замыканий. Причины протекания больших токов: - внешние аварии, вызванные короткими замыканиями в нагрузке или в распределительной сети; - внутренние аварии, обусловленные повреждением отдельных вентилей в результате перенапряжений; - внутренние аварии, обусловленные нарушениями в системе управления преобразователей; - заряд больших емкостей фильтров при включении; - бросок тока при включении трансформатора. 89 Занятие 20 Способы подавления помех на стороне постоянного и переменноготока. Применение фильтров в выпрямителях. Для ограничения от перенапряжений на вентилях тиристорных преобразователей применяют RC-цепочки. Защитные RC-цепи предназначены для ограничения скорости нарастания напряжения и снижения перенапряжений на вентилях схемы. Для защиты вентилей от перенапряжений ,возникающих при включении и выключении трансформатора применяются RC-цепочки между фазами. Для защиты СПП от аварийных токов используют анодные реакторы, которые ограничивают ток короткого замыкания на уровне, не превышающем ударный ток I уд. прибора. Параметры RC-цепей, защищающих полупроводниковые приборы от внутренних перенапряжений, можно определить ориентировочно. Для защиты преобразователей от аварийных токов применяют защитнуюаппаратуру - быстродействующие автоматические выключатели и быстродействующиеплавкие предохранители. Для защиты от внешних коротких замыканий (КЗ) и опрокидываний инверторачаще всего применяют автоматические выключатели, устанавливаемыена стороне переменного и постоянного тока. Для защиты от внутреннихКЗ, вызванных повреждениями вентилей, последовательно с вентилямиустанавливают плавкие предохранители. В маломощных установкахплавкие предохранители могут устанавливаться также для защиты отвнешних КЗ вместо автоматических выключателей. Быстродействующие плавкие предохранители являются самымипростыми защитными аппаратами. К быстродействующим плавким предохранителям, предназначеннымдля защиты полупроводниковых вентилей, предъявляются более жесткиетребования, чем к общепромышленным плавким предохранителям. Эти требования сводятся к следующему: 1) полное или частичное согласование характеристик предохранителя схарактеристиками полупроводниковых вентилей; 2) высокая отключающая способность; 90 3) минимальные потери при номинальном токе; 4) отсутствие изменений характеристик во времени при длительномпротекании номинального тока; 5) эффективное токоограничение; 6) минимальная энергия, выделяющаяся в полупроводниковых вентиляхза время протекания аварийного тока; 7) минимальное напряжение дуги, возникающее при срабатываниипредохранителя, которое не должно приводить к пробою неповрежденных вентилей. Быстродействующие плавкие предохранители, как правило, обеспечиваютзащиту полупроводниковых вентилей лишь от токов короткого замыканияи не защищают от перегрузки. Фильтры включаются на входе и на выходе преобразователей. Фильтры, выполненные только на реактивных элементах (индуктивностях и емкостях), называют пассивными. Часто в состав этих фильтров входят и резисторы, демпфирующие колебания, возникающие в высокодобротных контурах. Входные фильтры служат для уменьшения вредного влияния преобразователей на питающую сеть. Кроме того, они защищают преобразователь от электромагнитных помех, передающихся из сети. Их часто называют сетевыми фильтрами. Сетевые фильтры могут существенно улучшить качество напряжения в сети и одновременно уменьшают проникновение помех из сети к потребителю. Выходные фильтры улучшают форму выходного напряжения преобразователя и называются сглаживающими. Сглаживающие фильтры бывают емкостные, индуктивные и Г-образные. Недостатки емкостного фильтра - начальный бросок тока при включении, тяжелые условия работы вентилей выпрямителя и вредное влияние на питающую сеть из-за малого угла проводимости вентилей. Преимущество емкостного фильтра - его простота. Индуктивные фильтры применяется в преобразователях средней и большой мощности, например, при питании двигателей постоянного тока от управляемых выпрямителей. 91 С помощью емкостных и индуктивных фильтров недостижим высокий коэффициент сглаживания. Для повышения коэффициента сглаживания, уменьшения вредного влияния преобразователя на питающую сеть и улучшения переходного процесса включения применяют Г-образные фильтры. Г-образные фильтры обеспечивают достаточно хорошее сглаживание и находят широкое применение, когда требуется более высокое качество постоянного напряжения. 92 Занятие 21 Раздел 3 Инверторы.Тема 3.1 Классификация и областьприменения инверторов. Основные схемы. Инвертор – это устройство предназначенное для преобразования постоянного напряжения в переменное. В качестве нагрузки к инвертору подключают двигатели переменного тока. Инверторы делятся на две группы: 1) автономные 2) зависимые • Зависимый инвертор (ведомый) – преобразует постоянное напряжение в нерегулируемое переменное. • Автономный инвертор – преобразует постоянное напряжение в переменное по напряжению и частоте. 93 К основным схемам инверторов относятся: • 1) Однофазный инвертор с нулевым выводом от трансформатора • 2) Однофазный мостовой инвертор • 3) Трёхфазный мостовой инвертор Однофазный инвертор с нулевым выводом от трансформатора. 94 Однофазный мостовой инвертор. Трёхфазный мостовой инвертор. 95 В зависимости от особенности протекания электро-магнитных процессов автономные инверторы делятся на три группы: • Автономный инвертор напряжения (АИН) • Автономный инвертор тока (АИТ) • Резонансный инвертор(АИР) В системах ЭП наибольшее применение получили АИН и АИТ. 96 Занятие 22 Однофазный автономный инвертор 97 98 Занятие 23 Раздел 4. Широтно-импульсные преобразователи.Тема 4.1 Тиристорные ШИП. Схемы тиристорных ШИП. ШИП с параллельной емкостной коммутацией. Шип постоянного тока можно классифицировать по следующим признакам: І) По способу включения вентилей: ІІ) По типу используемых ключей: ІІІ) По использованию ШИП делятся на : 99 100 Занятие 24 ШИП с последовательной емкостной коммутацией. 101 |