Convertidores CC/CC de tiristores

El convertidor de tiristor CC / CC (CC) es un dispositivo para convertir la corriente alterna en corriente continua con regulación de acuerdo con una ley dada de los parámetros de salida (corriente y voltaje). Los convertidores de tiristores están diseñados para alimentar circuitos de inducido de motores y sus devanados de campo.

Los convertidores de tiristores constan de las siguientes unidades básicas:

• un transformador o reactor limitador de corriente en el lado de CA,

• bloques rectificadores,

• reactores de suavizado,

• elementos del sistema de control, protección y señalización.

El transformador iguala los voltajes de entrada y salida del convertidor y (al igual que el reactor limitador de corriente) limita la corriente de cortocircuito en los circuitos de entrada. Los reactores de suavizado están diseñados para suavizar las ondas del voltaje y la corriente rectificados. No se proporcionan reactores si la inductancia de carga es suficiente para limitar la ondulación dentro de ciertos límites.

El uso de convertidores CC-CC de tiristores permite realizar prácticamente las mismas características de accionamiento eléctrico que cuando se utilizan convertidores rotativos en sistemas generador-motor (D — D), es decir, ajustar la velocidad y el par del motor en un amplio rango, para obtener características mecánicas especiales y la naturaleza deseada de los transitorios al arrancar, parar, invertir, etc.

Sin embargo, en comparación con los convertidores estáticos rotativos, tienen una serie de ventajas conocidas, por lo que se prefieren los convertidores estáticos en los nuevos desarrollos de accionamientos eléctricos de grúas. Los convertidores CC-CC de tiristores son los más prometedores para su uso en accionamientos eléctricos de mecanismos de grúas con una potencia de más de 50-100 kW y mecanismos donde se requiere obtener características especiales del accionamiento en modos estático y dinámico.

Esquemas de rectificación, principios de construcción de circuitos de potencia de convertidores.

Los convertidores de tiristores se fabrican con monofásicos y multifásicos. circuitos correctivos… Hay varias relaciones de diseño para los esquemas básicos de rectificación. Uno de estos esquemas se muestra en la fig. 1, un. Regulación de la tensión Va y la corriente Ia producida cambiando el ángulo de control α... En la fig. 1, b-e, por ejemplo, se muestra la naturaleza del cambio de corrientes y voltajes en un circuito trifásico de rectificación cero con una carga inductiva activa

Arroz. 1. Circuito neutro trifásico (a) y diagramas de cambios de corriente y voltaje en los modos rectificador (b, c) e inversor (d, e).

El ángulo que se muestra en los diagramas γ (ángulo de conmutación) caracteriza el período de tiempo durante el cual la corriente fluye simultáneamente a través de dos tiristores. La dependencia del valor promedio del voltaje ajustado Вa en el ángulo de ajuste α se denomina característica de control.

Para circuitos neutros, el voltaje rectificado promedio viene dado por la expresión

donde m — el número de fases del devanado secundario del transformador; U2f es el valor eficaz de la tensión de fase del devanado secundario del transformador.

Para circuitos puente Udo 2 veces mayor, porque estos circuitos son equivalentes a la conexión en serie de dos circuitos cero.

Los circuitos de corrección monofásicos se utilizan, por regla general, en circuitos con resistencias inductivas relativamente grandes, como circuitos de devanados de excitación independientes de motores, así como circuitos de armadura de motores de baja potencia (hasta 10-15 kW). Los circuitos polifásicos se utilizan principalmente para fundir circuitos de inducido de motores con una potencia de más de 15 a 20 kW y, con menor frecuencia, para alimentar devanados de campo. En comparación con los circuitos rectificadores monofásicos, los polifásicos tienen una serie de ventajas. Los principales son: menor pulsación de la tensión y corriente rectificada, mejor aprovechamiento del transformador y tiristores, carga simétrica de las fases de la red de alimentación.

En convertidores CC-CC de tiristores destinados a accionamientos de grúas con una potencia superior a 20 kW, el uso de circuito puente trifasico… Esto se debe al buen uso del transformador y los tiristores, el bajo nivel de ondulación de la tensión y la corriente rectificadas, y la sencillez del circuito y diseño del transformador.Una ventaja bien conocida de un circuito de puente trifásico es que no se puede hacer con una conexión de transformador, sino con un reactor limitador de corriente, cuyas dimensiones son significativamente más pequeñas que las dimensiones del transformador.

En un circuito neutro trifásico, las condiciones de uso del transformador con los grupos de conexión D / D y Δ / Y de uso común son peores debido a la presencia de un componente constante del flujo. Esto conduce a un aumento de la sección transversal del circuito magnético y, en consecuencia, de la potencia de diseño del transformador. Para eliminar el componente constante del flujo, se usa una conexión en zigzag de los devanados secundarios del transformador, lo que también aumenta un poco la potencia de diseño. El nivel aumentado, la ondulación del voltaje rectificado, junto con el inconveniente mencionado anteriormente, limita el uso de un circuito neutro trifásico.

Se recomienda un circuito de reactor de seis fases cuando se usa para baja tensión y alta corriente porque en este circuito la corriente de carga fluye en paralelo en lugar de en serie a través de dos diodos como en un circuito de puente trifásico. La desventaja de este circuito es la presencia de un reactor de suavizado con una potencia típica de alrededor del 70% de la potencia nominal corregida. Además, se utiliza un diseño de transformador bastante complejo en circuitos de seis fases.

Los circuitos rectificadores basados ​​en tiristores brindan operación en dos modos: rectificador e inversor. Cuando se opera en modo inversor, la energía del circuito de carga se transfiere a la red de suministro, es decir, en sentido contrario al modo rectificador, por lo tanto, al invertir, la corriente y e. etc. c. los devanados del transformador están dirigidos de manera opuesta, y cuando están enderezados, de acuerdo.La fuente de corriente en modo inversor es e. etc. c) carga (máquinas de CC, inductancia) que debe superar la tensión del inversor.

La transferencia del convertidor de tiristores del modo rectificador al modo inversor se logra cambiando la polaridad de e. etc. c) aumentar la carga y el ángulo α por encima de π/2 con una carga inductiva.

Arroz. 2. Circuito antiparalelo para la activación de grupos de válvulas. UR1 — UR4 — reactores de nivelación; RT — reactor limitador de corriente; CP: reactor de suavizado.

Arroz. 3. Esquema de TP irreversible para circuitos de devanados de excitación de motores. Para garantizar el modo de inversión, es necesario que el próximo tiristor de cierre tenga tiempo de restaurar sus propiedades de bloqueo mientras tenga un voltaje negativo, es decir, en el ángulo φ (Fig. 1, c).

Si esto no sucede, entonces el tiristor de cierre puede reabrirse cuando se le aplica un voltaje directo. Esto hará que el inversor se vuelque, donde se producirá una corriente de emergencia, como p. etc. C. Las máquinas de CC y el transformador coincidirán en la dirección. Para evitar un vuelco, se requiere la condición

donde δ — el ángulo de restauración de las propiedades de bloqueo del tiristor; β = π — α Este es el ángulo de avance del inversor.

Los circuitos de potencia de los convertidores de tiristores, destinados a alimentar circuitos de armadura de motores, se fabrican en versiones irreversibles (un grupo rectificador de tiristores) y reversibles (dos grupos rectificadores). Las versiones irreversibles de los convertidores de tiristores, que proporcionan conducción unidireccional, permiten el funcionamiento en los modos de motor y generador en una sola dirección del par motor.

Para cambiar la dirección del momento, es necesario cambiar la dirección de la corriente de armadura con la dirección del flujo de campo constante, o cambiar la dirección del flujo de campo manteniendo la dirección de la corriente de armadura.

Los convertidores inversores de tiristores tienen varios tipos de diagramas de circuitos de potencia. El más común es el esquema con conexión antiparalela de dos grupos de válvulas a un devanado secundario del transformador (Fig. 2). Tal esquema se puede implementar sin un transformador separado alimentando grupos de tiristores desde una red alterna común a través de limitadores de corriente de ánodo de reactores RT. La transición a la versión de reactor reduce significativamente el tamaño del convertidor de tiristores y reduce su costo.

Los convertidores de tiristores para circuitos de devanado de campos de motores se fabrican principalmente en construcción irreversible. En la Fig. 3a muestra uno de los circuitos de conmutación del rectificador utilizados. El circuito le permite variar la corriente de excitación del motor en un amplio rango. El valor mínimo de la corriente se da cuando los tiristores T1 y T2 están cerrados, y el máximo cuando están abiertos. En la Fig. 3, b, d muestra la naturaleza del cambio en el voltaje rectificado para estos dos estados de tiristores, y en la Fig. 3, en la condición cuando

Métodos de control para convertidores inversores de tiristores

En los convertidores de tiristores inversores, hay dos formas principales de controlar los grupos de válvulas: conjuntas y separadas. La cogestión, por otro lado, se realiza de manera consistente e inconsistente.

Con control coordinado, disparando pulsos tiristores se aplican a los dos grupos de válvulas de tal manera que los valores medios de la tensión corregida para los dos grupos sean iguales entre sí. Esto se proporciona con la condición

donde av y ai — los ángulos de ajuste de los grupos de rectificadores e inversores. En el caso de control inconsistente, el voltaje promedio del grupo inversor excede el voltaje del grupo rectificador. Esto se logra bajo la condición de que

Los valores instantáneos de las tensiones de grupo con control conjunto no son iguales entre sí en todo momento, por lo que en un circuito (o circuitos) cerrado formado por grupos de tiristores y devanados de transformadores, fluye una corriente de compensación para limitar qué reactores de compensación UR1-UR4 están incluidos en el convertidor de tiristores (ver Fig. 1).

Las reactancias se conectan al bucle de corriente de compensación, una o dos por grupo, y su inductancia se elige de modo que la corriente de compensación no supere el 10% de la corriente de carga nominal. Cuando se encienden los reactores limitadores de corriente, dos por grupo, se saturan cuando fluye la corriente de carga. Por ejemplo, durante la operación del grupo B, los reactores UR1 y UR2 están saturados, mientras que los reactores URZ y UR4 permanecen no saturados y limitan la corriente de compensación. Si los reactores están encendidos, uno por grupo (UR1 y URZ), no están saturados cuando fluye la carga útil.

Los convertidores con control inconsistente tienen tamaños de reactor más pequeños que con control coordinado.Sin embargo, con un control inconsistente, el rango de ángulos de control permisibles disminuye, lo que conduce a un peor uso del transformador y una disminución en el factor de potencia de la instalación, al mismo tiempo, la linealidad del control y las características de velocidad de la eléctrica. se viola la unidad. El control separado de grupos de válvulas se usa para eliminar completamente las corrientes de ecualización.

El control separado consiste en que los pulsos de control se aplican solo al grupo que debería estar trabajando en ese momento. Los pulsos de control no se suministran a las válvulas del grupo inactivo. Para cambiar el modo de funcionamiento del convertidor de tiristores, se utiliza un dispositivo de conmutación especial que, cuando la corriente del convertidor de tiristores es cero, primero elimina los pulsos de control del grupo de trabajo anterior y luego, después de una breve pausa (5- 10 ms), envía pulsos de control al otro grupo.

Con control separado, no es necesario incluir reactores de ecualización en el circuito de grupos de válvulas separados, el transformador se puede usar por completo, la probabilidad de que el inversor se vuelque debido a una disminución en el tiempo de funcionamiento del convertidor de tiristores en modo inversor es reducido, se reducen las pérdidas de energía y, en consecuencia, aumenta la eficiencia del accionamiento eléctrico debido a la ausencia de corrientes de compensación. Sin embargo, el control separado plantea grandes exigencias a la fiabilidad de los dispositivos para bloquear los impulsos de control.

El mal funcionamiento de los dispositivos de bloqueo y la aparición de pulsos de control en un grupo de tiristores que no funcionan conducen a un cortocircuito interno en el convertidor de tiristores, ya que la corriente de compensación entre los grupos en este caso está limitada solo por la reactancia del transformador. devanados y alcanza un valor inaceptablemente grande.