Преобразовательная техника

Порядок расчета следующий: определяются следующие величины

1. Линейный (фазный) ток

2.Первая гармоника  первичного фазного (линейного)  тока

3. Коэффициент искажения  по току с учётом коммутации

- угол регулирования α в расчётах принимается от α_min = 15˚ до α_max = 180˚.

6. Полная мощность 

7. Активная мощность

8. Реактивная мощность

9. Коэффициент мощности

10. Мощность дисторции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Результаты расчётов зависимостей S, P, Q, D, χ = (α) представлены в таблице 3.4. и на рисунке 3.10.

Таблица 3.4. – Результаты расчёта энергетических характеристик

α, град	S, ВА	P, Вт	Q, ВАр	D, ВА	χ		cosφ1	sinφ1
15	269445	237938,63	110756,09	60982,8	0,883	17,08	0,907	0,422	0,974
30	269445	210561,29	154253,40	66861,3	0,781	11,64	0,807	0,591	0,969
45	269445	168576,29	198258,11	69831,0	0,626	8,95	0,648	0,762	0,966
60	269445	114495,94	233235,52	71361,6	0,425	7,58	0,441	0,898	0,964
75	269445	51791,93	254406,43	72080,3	0,192	6,94	0,199	0,980	0,964
90	269445	-15401,54	259127,45	72224,4	-0,057	6,81	-0,059	0,998	0,963
105	269445	-82623,00	246204,00	71816,7	-0,307	7,18	-0,318	0,948	0,964
120	269445	-145435,93	215539,93	70650,8	-0,540	8,22	-0,559	0,829	0,965
135	269445	-199842,10	167478,83	67930,7	-0,742	10,67	-0,766	0,642	0,968
150	269445	-243491,96	99753,00	57979,4	-0,904	19,96	-0,925	0,379	0,977

 

Рис 3.10. Зависимости S, P, Q, D, χ =

(α).

Как обычно под КПД подразумевается  отношение отдаваемой выпрямителем мощности P_d к потребляемой из сети активной мощности P.

 

Для случая работы выпрямителя  со сглаженным выпрямленным током, при  малой величине пульсаций кривой выпрямленного тока , можно считать, что

где -  выпрямленное напряжение на выходе преобразователя

      - номинальный ток двигателя

Тогда

         Необходимо определить номинальное  значение КПД, рассчитать и  построить зависимости при , и при

Результаты расчётов представлены в таблице. 3.5. и таблице 3.6.

Таблица 3.5. – Зависимость η = f(I_d) при α_H = 28°.

Id, А	50	100	150	200	250	300	400	500	600
I1ф, А	40,82	81,65	122,47	163,30	204,12	244,95	326,60	408,25	489,90
η	0,95	0,95	0,95	0,94	0,94	0,93	0,93	0,92	0,91

 

Таблица 3.6. – Зависимость η=f (α) при I_d =404,04 A, I_1ф = 329,83 А.

α, град	15	30	35	45	55	65	75	85
η	0,93	0,92	0,92	0,92	0,90	0,88	0,83	0,55

 При  преобразователь работает в инверторном режиме и .

По результатам расчёта  на рисунке 3.11. и 3.12. построены зависимости и .

Рис. 3.11. - Зависимость

Рис. 3.12. - Зависимость

 

4. 3ащита тиристорного преобразователя

4.1. Разновидности и причины аварийных режимов

Защита преобразователя  осуществляется от внутренних и внешних аварийных режимов Причиной возникновения внутренних аварий являются всевозможные неисправности элементов самой силовой схемы тиристорного преобразователя. К ним относятся:

-  пробой тиристоров силового моста,

- одновременное   включение   встречно-параллельных   мостов   реверсивного тиристорного преобразователя с раздельным управлением группами.

К внешним авариям, которые характеризуются внешними причинами, относятся:

- недопустимые перегрузки;

- короткие замыкания на шинах постоянного и переменного тока; однофазное и двухфазное опрокидывание инвертора.

В вентильных преобразователях могут возникнуть аварийные режимы, сопровождающиеся недопустимыми по значению и длительности токами через вентили, например внешние и внутренние к.з.; опрокидывание инвертора; появление чрезмерных уравнительных токов в реверсивных ТП с совместным управлением тиристорными группами; отпирание тиристоров в неработающей группе (работа группы на группу) в реверсивных ТП с раздельным управлением вентильными группами.

Внутренние к.з. возникают  вследствие потери тиристором запирающих свойств и закорачивании р-n структуры (пробой тиристора).

Причинами пробоя тиристора могут явиться: высокая  скорость нарастания тока (больше 20 320 А/мкс), нарушение механической целости р-n структуры при чрезмерном токе, усталостное разрушение её при цикличной токовой нагрузке преобразователя.

Опрокидывание инвертора  является следствием нарушения правильной коммутации тока с одного вентиля на другой. В преобразователях, имеющих трёхфазную мостовую схему, могут произойти однофазные и двухфазные опрокидывания инвертора. В первом случае аварийный ток протекает через два тиристора, соединённых с одной фазой трансформатора, который в этом случае работает в режиме холостого хода. Во втором случае ток протекает через два тиристора и две фазы трансформатора. В те полупериоды переменного напряжения, когда линейное напряжение трансформатора действует согласно с напряжением источника постоянного тока, происходит быстрое нарастание аварийного тока.

Опрокидывания инверторов возникают вследствие пропуска отпирания  очередного тиристора (в трёхфазной мостовой схеме это приводит к двухфазному, а затем к однофазному опрокидыванию), снижения напряжения сети переменного тока, что приводит к увеличению тока инвертора и угла коммутации, который может стать больше угла опережения инвертора.

Причиной опрокидывания  инвертора может быть скачок управляющего напряжения на входе системы фазового управления в сторону увеличения угла опережения, а также отпирание тиристора под действием импульсов помех на управляющем электроде, перенапряжений или высокой скорости нарастания напряжения на тиристоре в прямом направлении.

Чрезмерные токи в контуре уравнительных токов  возникают в реверсивных вентильных преобразователях с совместным управлением вследствие нарушения соотношения α₁+α₂>180°, что приводит к появлению постоянной составляющей в уравнительном токе, насыщению уравнительных реакторов и быстрому нарастанию уравнительного тока до аварийного.

Отпирание тиристоров в неработающей группе (открывание группы на группу) в реверсивных преобразователях с раздельным управлением вентильными группами происходит при подаче на них управляющих импульсов вследствие неисправностей в системе раздельного управления или кратковременного исчезновения и восстановления напряжения собственных нужд.

4.2 Требования к защите

Защита преобразователей должна действовать при внешних  и внутренних к.з., при возникновении аварийных токов между тиристорными группами и при опрокидывании инвертора. При внешних к.з. и опрокидываниях инвертора защита должна отключать преобразователь со стороны постоянного тока.

Кроме того, при  внешних к.з. желательна легализация  аварийного тока по месту (предотвращение перехода аварийного тока на следующие по порядку коммутации в схеме вентили) и по времени (ограничение тока к.з. первой полуволны), что должно обеспечиваться устройством защиты по управляющему электроду, которое снимает или сдвигает к границе инверторного режима управляющие импульсы. При опрокидываниях инвертора эта защита неэффективна.

При внутренних к.з. защита должна отключать весь преобразователь  или повреждённый тиристор (защита по управляющему электроду при этом должна снять или сдвинуть к границе инверторного режима управляющие импульсы).

При появлении  аварийных токов между тиристорными группами защита должна разомкнуть цепь аварийного тока или отключить преобразователь от сети.

Основные требования, предъявляемые к аппаратам и  устройствам защиты, заключаются в следующем:

1. Максимальное быстродействие. С ростом продолжительности протекания аварийного тока увеличиваются размеры повреждений преобразователя, а при опрокидываниях инвертора  возрастает абсолютное значение аварийного тока. Малая теплоёмкость кремниевого элемента и обусловленная ею высокая чувствительность тиристоров к значению и продолжительности протекания аварийных токов определяют высокие требования к быстродействию защиты тиристорных преобразователей.
2. Селективность. Отключение только повреждённых вентилей без нарушения работы исправных вентилей и преобразователя в целом. В то же время при срабатывании защиты, отключающей преобразователь в целом, не должна срабатывать защита, отключающая вентили.
3. Чувствительность. Обеспечение срабатывания защиты при возможно меньших значениях аварийных токов.
4. Надёжность, помехоустойчивость, простота настройки и обслуживания.

4.3 Выбор защитных аппаратов

а) Защита автоматическими выключателями

Автоматические  выключатели являются защитными  аппаратами многократного действия и предназначены для защиты вентильных преобразователей от внешних коротких замыканий, опрокидывания инвертора и перегрузок по току. Выключатели устанавливаются на стороне переменного и выпрямленного тока. Место включения автоматических выключателей в схемах вентильных преобразователей определяется теми наиболее вероятными аварийными режимами, от которых предусматривается защита. При этом должна учитываться

специфика работы преобразователя, требования защиты вентилей и селективности отключения поврежденной цепи.

Автоматические  выключатели переменного тока устанавливаются  в преобразователях, питающихся от сети 380 В., до токоограничивающих реакторов в бестрансформаторном варианте.

Выключатели на стороне переменного напряжения защищают преобразователь, как от внутренних, так и от внешних аварийных режимов в выпрямительном режиме. В инверторном режиме при прорыве инвертора аварийный ток замыкается через вентили одной фазы, минуя цепь переменного тока (однофазное опрокидывание инвертора), и в этом случае не разрывается автоматическим выключателем. В связи с этим такие схемы могут применяться для преобразователей, где режим инвертирования не применяется, и для возбудителей, поскольку обмотку возбуждения двигателей нежелательно отключать от источника питания («разнос»).

Защита вентильного преобразователя, а также якоря двигателя от аварийных режимов на стороне постоянного тока (короткое замыкание, круговой огонь на коллекторе, перегрузка) осуществляется быстродействующими автоматическими выключателями серий А3700.

На стороне постоянного  тока устанавливаются автоматические выключатели А3795 Н УЗ SF1, SF2 на выпрямленное напряжение 440В., обеспечивающие протекание номинального тока 2х400=800А.; тепловой расцепитель на 2х440=880А.; электромагнитный расцепитель на 2х400=800А.; установка по току срабатывания:, электромагнитного расцепителя не менее

     Собственное    время    отключения    А3700    с    дистанционным    расцепителем полупроводникового типа не более 10мс.

Для коммутации якорной цепи при кратковременных  остановках электропривода предусматриваются контакты линейных контакторов КМ1, КМ2.

б) Защита от перенапряжений

Процессы, протекающие  в вентильных преобразователях, часто  сопровождаются перенапряжениями, которые, воздействуя на вентили, могут привести к их пробою, вызывающему, как правило, короткое замыкание.