Conversores Tiristor CC/CC

Tiristor DC / DC conversor (DC) é um dispositivo para converter corrente alternada em corrente contínua com regulação de acordo com uma determinada lei dos parâmetros de saída (corrente e tensão). Os conversores tiristores são projetados para alimentar circuitos de armadura de motores e seus enrolamentos de campo.

Os conversores tiristores consistem nas seguintes unidades básicas:

• um transformador ou reator limitador de corrente no lado CA,

• blocos retificadores,

• reatores de alisamento,

• elementos do sistema de controle, proteção e sinalização.

O transformador combina as tensões de entrada e saída do conversor e (como o reator limitador de corrente) limita a corrente de curto-circuito nos circuitos de entrada. Os reatores de suavização são projetados para suavizar as ondulações da tensão e corrente retificadas. Os reatores não são fornecidos se a indutância da carga for suficiente para limitar a ondulação dentro de certos limites.

O uso de conversores CC-CC tiristorizados permite realizar praticamente as mesmas características de acionamento elétrico de conversores rotativos em sistemas gerador-motor (D — D), ou seja, para ajustar a velocidade e o torque do motor em uma ampla faixa, para obter características mecânicas especiais e a natureza desejada dos transientes ao iniciar, parar, inverter, etc.

No entanto, em comparação com conversores estáticos rotativos, eles têm várias vantagens conhecidas, razão pela qual os conversores estáticos são preferidos em novos desenvolvimentos de acionamentos elétricos de guindastes. Os conversores tiristor DC-DC são os mais promissores para uso em acionamentos elétricos de mecanismos de guindaste com potência superior a 50-100 kW e mecanismos em que é necessário obter características especiais do acionamento nos modos estático e dinâmico.

Esquemas de retificação, princípios de construção de circuitos de potência de conversores

Os conversores tiristores são feitos com monofásicos e multifásicos circuitos corretivos… Existem várias proporções de projeto para os esquemas básicos de retificação. Um destes esquemas mostra-se no figo. 1, a. Regulação da tensão Va e da corrente Ia produzida pela alteração do ângulo de controle α... Na fig. 1, b-e, por exemplo, é mostrada a natureza da mudança de correntes e tensões em um circuito trifásico de retificação zero com uma carga indutiva ativa

Arroz. 1. Circuito de neutro trifásico (a) e diagramas de variações de corrente e tensão nos modos retificador (b, c) e inversor (d, e).

O ângulo mostrado nos diagramas γ (ângulo de comutação) caracteriza o período de tempo durante o qual a corrente flui simultaneamente através de dois tiristores. A dependência do valor médio da tensão ajustada Вa no ângulo de ajuste α é chamada de característica de controle.

Para circuitos neutros, a tensão retificada média é dada pela expressão

onde m — o número de fases do enrolamento secundário do transformador; U2f é o valor eficaz da tensão de fase do enrolamento secundário do transformador.

Para circuitos de ponte Udo 2 vezes maior, porque esses circuitos são equivalentes à conexão em série de dois circuitos zero.

Os circuitos de correção monofásica são usados, via de regra, em circuitos com relativamente grandes resistências indutivas... São circuitos de enrolamentos de excitação independentes de motores, bem como circuitos de armadura de motores de baixa potência (até 10-15 kW). Os circuitos polifásicos são usados ​​​​principalmente para circuitos de armadura de motores com potência superior a 15–20 kW e com menos frequência para alimentar enrolamentos de campo. Em comparação com os circuitos retificadores monofásicos, os polifásicos têm várias vantagens. As principais são: menor pulsação da tensão e corrente retificadas, melhor aproveitamento do transformador e tiristores, carregamento simétrico das fases da rede de alimentação.

Nos conversores DC-DC tiristores destinados a acionamentos de guindastes com potência superior a 20 kW, o uso de circuito ponte trifásica… Isso se deve ao bom uso do transformador e dos tiristores, ao baixo nível de ondulação da tensão e corrente retificadas e à simplicidade do circuito e do projeto do transformador.Uma vantagem bem conhecida de um circuito de ponte trifásico é que ele pode ser feito não com uma conexão de transformador, mas com um reator limitador de corrente, cujas dimensões são significativamente menores que as dimensões do transformador.

Em um circuito neutro trifásico, as condições de uso do transformador com os grupos de conexão comumente usados ​​​​D / D e Δ / Y são piores devido à presença de um componente constante do fluxo. Isso leva a um aumento na seção transversal do circuito magnético e, consequentemente, na potência de projeto do transformador. Para eliminar o componente constante do fluxo, é usada uma conexão em zigue-zague dos enrolamentos secundários do transformador, o que também aumenta um pouco a potência de projeto. O aumento do nível e ondulação da tensão retificada, juntamente com a desvantagem observada acima, limita o uso de um circuito neutro trifásico.

Um circuito de reator de seis fases é recomendado quando usado para baixa tensão e alta corrente porque neste circuito a corrente de carga flui em paralelo ao invés de em série através de dois diodos como em um circuito de ponte trifásica. A desvantagem deste circuito é a presença de um reator de alisamento com potência típica em torno de 70% da potência nominal corrigida. Além disso, um projeto de transformador bastante complexo é usado em circuitos de seis fases.

Os circuitos retificadores baseados em tiristores fornecem operação em dois modos - retificador e inversor. Ao operar no modo inversor, a energia do circuito de carga é transferida para a rede de alimentação, ou seja, no sentido oposto ao modo retificador, portanto, ao inverter, a corrente e e. etc. c. os enrolamentos do transformador são direcionados de forma oposta e quando endireitados - de acordo.A fonte atual no modo de inversão é e. etc. c. carga (máquinas DC, indutância) que deve exceder a tensão do inversor.

A transferência do conversor tiristorizado do modo retificador para o modo inversor é realizada alterando a polaridade de e. etc. c. aumentando a carga e o ângulo α acima de π / 2 com uma carga indutiva.

Arroz. 2. Circuito antiparalelo para acionamento de grupos de válvulas. UR1 — UR4 — reatores de nivelamento; RT — reator limitador de corrente; CP — reator de alisamento.

Arroz. 3. Esquema de TP irreversível para circuitos de excitação de enrolamentos de motores. Para garantir o modo de inversão, é necessário que o próximo tiristor de fechamento tenha tempo para restaurar suas propriedades de bloqueio enquanto houver uma tensão negativa sobre ele, ou seja, no ângulo φ (Fig. 1, c).

Se isso não acontecer, o tiristor de fechamento pode reabrir quando uma tensão direta for aplicada a ele. Isso fará com que o inversor tombe, onde ocorrerá uma corrente de emergência, como por ex. etc. c. As máquinas DC e o transformador irão corresponder na direção. Para evitar um capotamento, a condição é necessária

onde δ — o ângulo de restauração das propriedades de travamento do tiristor; β = π — α Este é o ângulo de ataque do inversor.

Os circuitos de potência dos conversores de tiristores, destinados a alimentar circuitos de armadura de motores, são feitos nas versões irreversível (um grupo retificador de tiristores) e reversível (dois grupos retificadores). Versões irreversíveis de conversores tiristores, fornecendo condução unidirecional, permitem a operação nos modos motor e gerador em apenas uma direção do torque do motor.

Para mudar a direção do momento, é necessário mudar a direção da corrente de armadura com a direção da constante de fluxo de campo, ou mudar a direção do fluxo de campo mantendo a direção da corrente de armadura.

Os conversores tiristores inversores possuem vários tipos de diagramas de circuitos de potência. O mais comum é o esquema com conexão antiparalela de dois grupos de válvulas a um enrolamento secundário do transformador (Fig. 2). Tal esquema pode ser implementado sem um transformador separado, alimentando grupos de tiristores de uma rede alternada comum através de limitadores de corrente anódica de reatores RT. A transição para a versão do reator reduz significativamente o tamanho do conversor tiristor e reduz seu custo.

Os conversores tiristores para circuitos de enrolamento de campos de motores são feitos principalmente em construção irreversível. Na fig. 3a mostra um dos circuitos de comutação do retificador usados. O circuito permite variar a corrente de excitação do motor em uma ampla faixa. O valor mínimo da corrente ocorre quando os tiristores T1 e T2 estão fechados e o máximo quando estão abertos. Na fig. 3, b, d mostra a natureza da mudança na tensão retificada para esses dois estados de tiristores, e na Fig. 3, para a condição quando

Métodos de controle para conversores tiristores inversores

Nos conversores tiristores inversores, existem duas maneiras principais de controlar os grupos de válvulas - juntas e separadas. A cogestão, por outro lado, é feita de forma consistente e inconsistente.

Com controle coordenado, disparando pulsos tiristores são aplicados aos dois grupos de válvulas de forma que os valores médios da tensão corrigida para os dois grupos sejam iguais entre si. Isso é fornecido sob condição

onde av e ai — os ângulos de ajuste dos grupos de retificadores e inversores. No caso de controle inconsistente, a tensão média do grupo inversor excede a tensão do grupo retificador. Isto é conseguido sob a condição de que

O valor instantâneo das tensões de grupo com controle conjunto não são iguais entre si o tempo todo, como resultado em um circuito fechado (ou circuitos) formado por grupos de tiristores e enrolamentos de transformadores, uma corrente de equalização flui para limitar quais reatores de equalização UR1-UR4 estão incluídos no conversor de tiristor (consulte a Fig. 1).

Os reatores são conectados ao loop de corrente de equalização, um ou dois por grupo, e sua indutância é escolhida de forma que a corrente de equalização não exceda 10% da corrente de carga nominal. Quando os reatores limitadores de corrente são ligados, dois por grupo, eles saturam quando a corrente de carga flui. Por exemplo, durante a operação do grupo B, os reatores UR1 e UR2 estão saturados, enquanto os reatores URZ e UR4 permanecem insaturados e limitam a corrente de equalização. Se os reatores estiverem ligados, um por grupo (UR1 e URZ), eles não estão saturados quando a carga está fluindo.

Os conversores com controle inconsistente têm tamanhos de reator menores do que com controle coordenado.No entanto, com controle inconsistente, a faixa de ângulos de controle permitidos diminui, o que leva a um pior uso do transformador e a uma diminuição do fator de potência da instalação. Ao mesmo tempo, a linearidade das características de controle e velocidade do elétrico unidade é violada. O controle separado de grupos de válvulas é usado para eliminar completamente as correntes de equalização.

O controle separado consiste no fato de que os pulsos de controle são aplicados apenas ao grupo que deveria estar trabalhando no momento. Os pulsos de controle não são fornecidos às válvulas do grupo inativo. Para alterar o modo de operação do conversor tiristor, é usado um dispositivo de comutação especial que, quando a corrente do conversor tiristor é zero, primeiro remove os pulsos de controle do grupo de trabalho anterior e, após uma breve pausa (5- 10 ms), envia pulsos de controle para o outro grupo.

Com controle separado, não há necessidade de incluir reatores de equalização no circuito de grupos separados de válvulas, o transformador pode ser totalmente utilizado, a probabilidade de capotamento do inversor devido à diminuição do tempo de operação do conversor tiristor no modo inversor é reduzido, as perdas de energia são reduzidas e, consequentemente, a eficiência do acionamento elétrico aumenta devido à ausência de correntes de equalização. O controle separado, no entanto, exige muito da confiabilidade dos dispositivos para bloquear os pulsos de controle.

O mau funcionamento dos dispositivos de bloqueio e o aparecimento de pulsos de controle em um grupo tiristor que não funciona levam a um curto-circuito interno no conversor tiristor, uma vez que a corrente de equalização entre os grupos neste caso é limitada apenas pela reatância do transformador enrolamentos e atinge um valor inaceitavelmente grande.