Всего на сайте:
183 тыс. 477 статей

Главная | Электроника

Назначение основных элементов и классификация вентильных преобразователей переменного тока в постоянный  Просмотрен 79

ВВЕДЕНИЕ

 

Широкое внедрение в промышленность современных средств автоматизации и управления невозможно без использования дос­тижений в области полупроводниковой техники. В настоящее вре­мя в промышленности на долю регулируемого электропривода, вы­полненного на основе вентильных преобразователей, приходится около 60% потребляемой электроэнергии.

Вентильными преобразователями (ВП) называются статиче­ские электромагнитные установки, которые преобразуют электри­ческую энергию одного вида в электрическую энергию другого вида при помощи периодически повторяющихся процессов коммута­ции тока, протекающего через вентили этих установок.

В настоящем учебном пособии рассматриваются методика и примеры расчета параметров основных элементов и основных ха­рактеристик ВП, преобразующих энергию переменного тока в эне­ргию постоянного тока, которые могут использоваться в качест­ве источников питания в системах автоматизированного вентиль­ного электропривода постоянного тока.

 

ГЛАВА 1. СИЛОВЫЕ СХЕМЫ ВЕНТИЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ПОСТОЯННЫЙ И РАСЧЕТ ИХ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК

 

Назначение основных элементов и классификация вентильных преобразователей переменного тока в постоянный

 

Процесс преобразования переменного тока в постоянный называется выпрямлением, а ВП переменного тока в постоян­ный - выпрямителями.

Для получения на выходе выпрямителя постоянной состав­ляющей тока, которой не было на входе, применяют нелинейные элементы - вентили, обладающие практически односторонней проводимостью и преобразующие переменный ток сети в пульсирую­щий ток нагрузки.

В ВП для электромеханических систем в качестве вентильных элементов наиболее часто используются управляемые венти­ли - тиристоры, позволяющие с помощью системы импульсно-фазового управления (СИФУ) посредством задержки во времени мо­ментов отпирания тиристоров плавно и в широком диапазоне регулировать значение выпрямленного напряжения.

В большинстве случаев при непосредственном подключении вентилей к сети переменного тока не обеспечивается заданного значения напряжения, необходимого потребителю. Поэтому обыч­но выпрямители снабжаются силовым трансформатором, в функции которого входит согласование напряжений питающей сети и по­требителя, гальваническая развязка потребителя с питающей сетью и ограничение темпа нарастания и значений тонов в ава­рийных режимах.

Вентили, входящие в выпрямитель, образуют вентильный комплект, состоящий из вентильных групп, которые, в свою оче­редь, состоят из вентильных плеч. Например, в приведенной на рис.1.1 схеме вентильный комплект состоит из шести вентилей, образующих две группы: группу с объединенными катодами (ОК), вентили которой обозначены , , и группу с объединенными анодами (ОА), вентили , , .

Выпрямители, питающиеся от одной фазы сети, называются выпрямителями однофазного тока, а питающиеся от трех фаз се­ти - выпрямителями трехфазного тока. Число фаз сети, питающих первичную обмотку трансформатора, обозначают .

В зависимости от конструкции силового трансформатора чи­сло фаз его вторичной обмотки может быть больше или равно . По числу фаз наиболее часто встречаются одно-, двух-, трех-, шести- и двенадцатифазные системы.

Вторичная обмотка трансформатора и принадлежащие ей одна или несколько вентильных групп образуют выпрямительную секцию.

Количество импульсов в выпрямленном токе , проте­кающем через потребитель за период напряжения сети, называется пульсностью и обозначается . Сообразно с этим схемы могут быть одно-, двух-, или многопульсационные.

Сами схемы могут быть однотактные (нулевые, использую­щие нулевой провод вторичной обмотки силового трансформато­ра) и двухтактные (мостовые).

Признаком однотактной схемы является одинаковое ко­личество вентильных групп и вторичных обмоток трансфор­матора (рис 1.2, 1.3). Чис­ло вентильных плеч в таких схемах равно числу фаз втори­чной обмотки трансформатора.

Ток в каждой фазе вторич­ной обмотки протекает только в течение одного полупериода (всего или его части) ее ЭДС, т.е. один такт.

Однотактные схемы в за­висимости от количества вто­ричных обмоток и схемы их со­единения делятся на однополупериодные и двухполупериодные. В однополупериодной схеме на каждом стержне трансформато­ра размещается одна фаза пе­рвичной и одна фаза вторич­ной обмотки (рис. 1.3). Фазный ток в первичной обмотке определяется магнитным потоком, созданным током в соответствующей фазе вторичной обмотки. Для выпрямления в однополупериодных схемах используется только один полупериод первичной ЭДС . В двухполупериодных схе­мах на каждом стержне трансформатора обычно размещается одна фаза первичной и две фазы вторичной обмотки (рис.1.2). Фазные токи фаз вторичных обмоток, расположенных на одном стержне, имеют встречное направление. Фазный ток в первичной обмотке определяется результирующим действием токов фаз вторичных об­моток. Для выпрямления в двухполупериодных схемах используют­ся два полупериода ЭДС .

Существенным недостатком однотактных схем является намагничивание трансформатора постоянной составляющей фазных то­ков вторичных обмоток. Для устранения этого явления обычно используется деление фаз вторичных обмоток на полуобмотки, размещение полуобмоток на разных стержнях трансформатора и соединение их в зигзаг.

 

Рис.1.1. Трехфазная мостовая схема  

 

Рис.1.2. Однофазная нулевая схема   Рис.1.3. Трехфазная нулевая схема  

 

Признаком двухтактной (мостовой) схемы является удвоен­ное количество вентильных групп, по сравнению с количеством вторичных обмоток трансформатора. Любой из выводов вторичных обмоток, присоединенный к двум вентилям разных вентильных групп, подключен к аноду одного из них и к катоду другого, вследствие чего через одну и ту же вторичную фазную обмотку проходит импульс тока в любой из полупериодов вторичной ЭДС , т.е. схема является двухтактной. В фазном токе вторичных обмоток двухтактных схем отсутствует постоянная составляющая, вызванная намагничиванием трансформатора. Двухтактные схемы всегда двухполупериодные.

В силу специфических особенностей своей вольтамперной характеристики тиристор /1/ может открыться и начать прово­дить ток лишь в случае, когда потенциал его анода выше, чем потенциал катода и на управляющий электрод подан отпирающий импульс управления. Выключить тиристор, воздействуя на его управляющий электрод, невозможно. Для выключения тиристора необходимо уменьшить его анодный тон до нуля (точнее до неко­торого малого значения тока удержания). Это осуществляется двумя способами: разрывом анодной цепи тиристора, либо прило­жением к тиристору обратного напряжения, при котором потенци­ал его анода становится ниже потенциала катода.

Диод /1/ открывается и начинает проводить ток с момен­та, когда потенциал его анода становится выше потенциала ка­тода, а закрывается при приложении к нему обратного напряже­ния.

В рассматриваемых ниже схемах ВП коммутация (включение и выключение) вентильных приборов, обеспечивающая в соответству­ющие моменты времени подключение к нагрузке определенных фаз вторичной обмотки трансформатора, осуществляется под дей­ствием напряжений питающей сети. Такая коммутации называется естественной.

В дальнейшем с целью упрощения расчетных соотношений вентили считаем идеальными ключами с сопротивлениями, равны­ми нулю в прямом направлении тоrа (от анода к катоду) и рав­ными бесконечности в обратном (от катода к аноду). Активными сопротивлениями фаз трансформатора и питающей сети вследствие их малости по сравнению с индуктивными пренебрегаем. Кроме того, при расчете параметров основных элементов ВП и энерге­тических характеристик будем пренебрегать индуктивными соп­ротивлениями рассеяния фаз трансформатора , и комму­тацию вентилей считать мгновенной. Питающая сеть предполага­ется бесконечной мощности, система питающих напряжений - сим­метричной и синусоидальной, фазы преобразователя и трансфор­матора симметричными.

 

 

Предыдущая статья:Коммутация вентилей в схемах выпрямителей Следующая статья:Рекомендации по выбору схем выпрямителей однофазного и трехфазного питания
page speed (0.0178 sec, direct)