Przetwornice zaworów DC

Przetwornice zaworowe DC służą do zasilania uzwojeń wzbudzenia i twornika silników elektrycznych prądu stałego w przypadku, gdy wymagany jest szeroki zakres regulacji prędkości i wysoka jakość stanów przejściowych napędu elektrycznego.

Dla tych użytkowników obwody mocy przetwornic zaworowych mogą być: zerowe lub mostkowe, jednofazowe lub trójfazowe. Wybór jednego lub drugiego obwodu konwertera powinien opierać się na:

• zapewnienie dopuszczalnego wzbudzenia w wyprostowanej krzywej napięcia,

• ograniczenie liczby i wielkości wyższych harmonicznych Napięcie przemienne,

• wysokie wykorzystanie transformatora mocy.

Powszechnie wiadomo, że pulsujące napięcie wyprostowanej przetwornicy wytwarza pulsujący prąd w silniku, który zakłóca normalną komutację silnika. Ponadto tętnienia napięcia powodują dodatkowe straty w silniku, co prowadzi do konieczności przeszacowania jego mocy.

Poprawę komutacji i zmniejszenie strat w silniku elektrycznym można uzyskać albo poprzez zwiększenie liczby faz prostownika, albo przez wprowadzenie indukcyjności wygładzającej, albo przez poprawę konstrukcji silnika.

Jeśli przetwornica jest zaprojektowana do zasilania obwodu twornika silnika o niskiej indukcyjności, jego najbardziej racjonalne obwody mocy są trójfazowe: podwójne trójfazowe zero z dławikiem udarowym, mostek (ryc. 1).

Ryż. 1. Obwody zasilania trójfazowych przekształtników tyrystorowych: a — podwójne zero trójfazowe z dławikiem wyrównawczym, b — mostek

Do zasilania cewek polowych Silniki prądu stałegoprzy znacznej indukcyjności obwody mocy przetwornic zaworowych mogą być zarówno trójfazowe zerowe, jak i mostkowe jednofazowe lub trójfazowe (ryc. 2).

Ryż. 2. Schematy prostowników tyrystorowych do zasilania uzwojeń wzbudzenia: a-trójfazowy zero, b-jednofazowy mostek, c-trójfazowy chodnik półsterowany

Spośród trójfazowych obwodów prostownika najbardziej rozpowszechniony jest mostek trójfazowy (ryc. 1, b). Zaletami tego schematu prostowania są: duże wykorzystanie dopasowującego transformatora trójfazowego, najmniejsza wartość napięcia wstecznego zaworów.

W przypadku napędów elektrycznych dużej mocy redukcję tętnień napięcia wyprostowanego uzyskuje się poprzez równoległe lub szeregowe łączenie mostków prostowniczych. W tym przypadku mostki prostownikowe są zasilane albo przez jeden transformator trójuzwojeniowy, albo przez dwa transformatory dwuuzwojeniowe.

W pierwszym przypadku uzwojenie pierwotne transformatora jest połączone "gwiazdą", a wtórne - w "gwiazdę", drugie - w "trójkąt".W drugim przypadku jeden z transformatorów jest podłączony zgodnie ze schematem „gwiazda-gwiazda”, a drugi - zgodnie ze schematem „gwiazda-trójkąt”.

Ze względu na fakt, że uzwojenia pierwotne lub wtórne transformatorów mają różne schematy połączeń, napięcie wyprostowane na jednym mostku będzie miało przebiegi przesunięte w fazie pod kątem do przebiegów napięcia wyprostowanego na drugim mostku. W rezultacie całkowite wyprostowane napięcie twornika silnika będzie miało tętnienia, których częstotliwość jest 2 razy większa niż częstotliwość fal każdego mostka.Równanie chwilowych wartości wyprostowanych napięć równolegle z połączonymi mostkami odbywa się przez reaktor wygładzający. Gdy mostki prostownicze są połączone szeregowo, obwód działa w podobny sposób.

Aby zmniejszyć liczbę sterowanych zaworów, do korekcji stosuje się obwody częściowo regulowane lub z pojedynczym mostkiem. W tym przypadku połowa mostka, na przykład grupa katod, jest sterowana, a połowa anody jest niesterowana, tj. zmontowane na diodach (patrz ryc. 2, c).

Wszystkie powyższe obwody mocy przetwornicy są nieodwracalne, ponieważ zapewniają przepływ prądu w obciążeniu tylko w jednym kierunku. Przejście z obwodu nieodwracalnego do odwracalnego można wykonać za pomocą odwracacza styków lub poprzez zainstalowanie dwóch zestawów prostowników. Takie prostowniki są wykonane w schematach przeciwrównoległych (ryc. 3) lub skrzyżowanych (ryc. 4).

W obwodzie antyrównoległym oba mostki U1 i U2 (patrz ryc. 3) są zasilane ze wspólnego uzwojenia transformatora i są połączone przeciwnie i równolegle do siebie. W obwodzie zwrotnicy każdy mostek jest zasilany przez oddzielną cewkę i zwrotnicę podłączoną do obciążenia.

Ryż.3. Schemat konwerterów połączeń antyrównoległych

Ryż. 4. Schemat połączeń krosowych konwerterów

Sterowanie zaworami mostkowymi dwukomponentowych przetwornic rewersyjnych może być oddzielne lub wspólne. W sterowaniu oddzielnym impulsy sterujące podawane są na zawory tylko mostka, który aktualnie pracuje i zapewnia żądany kierunek prądu w obwodzie obciążenia. W tym samym czasie zawory na drugim moście są zablokowane.

W sterowaniu wspólnym impulsy sterujące podawane są na zawory obu mostków jednocześnie, niezależnie od kierunku prądu w obciążeniu. Dlatego przy tym sterowaniu jeden z mostków pracuje w prostowniku, a drugi jest przygotowany do pracy w trybie falownika. Z drugiej strony współzarządzanie może być spójne i niespójne.

W sterowaniu skoordynowanym impulsy sterujące podawane są na zawory obu mostków, tak aby średnie wartości skorygowanego napięcia y tych ostatnich były sobie równe. W przypadku niespójnego sterowania konieczne jest, aby średnie napięcie wyprostowane mostka pracującego w trybie falownika (grupa zaworów falownika) było większe od napięcia mostka pracującego w trybie prostownika (grupa zaworów prostownika).

Działanie obwodów odwracalnych ze wspólnym sterowaniem charakteryzuje się obecnością prądu wyrównawczego w zamkniętej pętli utworzonej przez zawory grupowe i uzwojenia transformatora, co pojawia się z powodu nierówności chwilowych wartości napięć grupowych wszystkich czas. Aby ograniczyć to drugie, w obwody wprowadza się dławiki wyrównawcze L1 — L4 (patrz rys. 3).

Zaletami wspólnego skoordynowanego sterowania są prostota, gotowość do przełączania z jednego trybu do drugiego, jednoznaczna charakterystyka statyczna, brak przerywanego trybu prądowego nawet przy małych obciążeniach. Jednak przy tej kontroli w obwodzie płyną duże prądy wyrównawcze.

Łańcuchy z niedopasowanym sterowaniem mają mniejsze rozmiary dławików niż z dopasowanym sterowaniem. Jednak przy takim sterowaniu zmniejsza się zakres dopuszczalnych kątów sterowania, co prowadzi do niepełnego wykorzystania transformatora i spadku współczynnika mocy.

Powyższe wady są pozbawione układu przetwornicy z oddzielnym sterowaniem. Ta metoda sterowania całkowicie eliminuje prądy wyrównawcze, ponieważ w tym przypadku dostarczanie impulsów sterujących odbywa się tylko dla grupy roboczej zaworów. Nie ma więc potrzeby wyrównywania dławików iw ogóle mocy transformatora, ponieważ grupę prostownikową można otworzyć przy zerowej wartości kąta regulacji.