Μετατροπείς βαλβίδων DC

Οι μετατροπείς βαλβίδας DC χρησιμοποιούνται για την τροφοδοσία των περιελίξεων πεδίου και οπλισμού ηλεκτροκινητήρων συνεχούς ρεύματος σε περίπτωση που απαιτείται ευρύ φάσμα ρύθμισης στροφών και υψηλή ποιότητα των μεταβατικών τρόπων λειτουργίας της ηλεκτρικής κίνησης.

Για αυτούς τους χρήστες, τα κυκλώματα ισχύος των μετατροπέων βαλβίδων μπορεί να είναι: μηδενικά ή γέφυρα, μονοφασικά ή τριφασικά. Η επιλογή ενός ή άλλου κυκλώματος μετατροπέα πρέπει να βασίζεται:

• παροχή επιτρεπόμενης διέγερσης στην ανορθωμένη καμπύλη τάσης,

• περιορισμός του αριθμού και του μεγέθους των υψηλότερων αρμονικών Εναλλασσόμενη τάση,

• υψηλή χρήση μετασχηματιστή ισχύος.

Είναι ευρέως γνωστό ότι η παλμική ανορθωμένη τάση μετατροπέα δημιουργεί ένα παλμικό ρεύμα στον κινητήρα το οποίο διαταράσσει την κανονική μεταγωγή του κινητήρα. Επιπλέον, οι κυματισμοί τάσης προκαλούν πρόσθετες απώλειες στον κινητήρα, γεγονός που οδηγεί στην ανάγκη υπερεκτίμησης της ισχύος του.

Η βελτίωση της εναλλαγής και η μείωση των απωλειών στον ηλεκτροκινητήρα μπορεί να επιτευχθεί είτε αυξάνοντας τον αριθμό των φάσεων του ανορθωτή, είτε εισάγοντας μια αυτεπαγωγή εξομάλυνσης, είτε βελτιώνοντας τη σχεδίαση του κινητήρα.

Εάν ο μετατροπέας έχει σχεδιαστεί για να τροφοδοτεί το κύκλωμα οπλισμού του κινητήρα με χαμηλή αυτεπαγωγή, τα πιο ορθολογικά κυκλώματα ισχύος του είναι τριφασικά: διπλό τριφασικό μηδέν με αντιδραστήρα υπέρτασης, γέφυρα (Εικ. 1).

Ρύζι. 1. Κυκλώματα τροφοδοσίας τριφασικών μετατροπέων θυρίστορ: α — διπλό τριφασικό μηδέν με αντιδραστήρα εξισορρόπησης, β — γέφυρα

Για τροφοδοσία πηνίων πεδίου κινητήρες συνεχούς ρεύματοςμε σημαντική επαγωγή, τα κυκλώματα ισχύος των μετατροπέων βαλβίδων μπορεί να είναι και τριφασικά μηδενικά και γέφυρα μονοφασικά ή τριφασικά (Εικ. 2).

Ρύζι. 2. Σχέδια ανορθωτών θυρίστορ για την τροφοδοσία των περιελίξεων πεδίου: α-τριφασικό μηδέν, β-μονοφασική γέφυρα, γ-τριφασικό ημιελεγχόμενο οδόστρωμα

Από τα τριφασικά κυκλώματα ανορθωτή, το πιο διαδεδομένο είναι η τριφασική γέφυρα (Εικ. 1, β). Τα πλεονεκτήματα αυτού του σχήματος ανόρθωσης είναι: η υψηλή χρήση αντίστοιχου μετασχηματιστή τριών φάσεων, η μικρότερη τιμή της αντίστροφης τάσης των βαλβίδων.

Για ηλεκτρικούς κινητήρες υψηλής ισχύος, η μείωση του ανορθωμένου κυματισμού τάσης επιτυγχάνεται με τη σύνδεση ανορθωτικών γεφυρών παράλληλα ή σε σειρά. Στην περίπτωση αυτή, οι ανορθωτικές γέφυρες τροφοδοτούνται είτε από έναν μετασχηματιστή τριών περιελίξεων είτε από δύο μετασχηματιστές δύο περιελίξεων.

Στην πρώτη περίπτωση, το πρωτεύον τύλιγμα του μετασχηματιστή συνδέεται "αστέρι", και το δευτερεύον - στο "αστέρι", το άλλο - στο "δέλτα".Στη δεύτερη περίπτωση, ένας από τους μετασχηματιστές συνδέεται σύμφωνα με το σχήμα "αστέρι-αστέρι" και ο δεύτερος - σύμφωνα με το σχήμα "δέλτα-αστέρι".

Λόγω του γεγονότος ότι οι πρωτεύουσες ή δευτερεύουσες περιελίξεις των μετασχηματιστών έχουν διαφορετικά σχήματα σύνδεσης, η διορθωμένη τάση στη μία γέφυρα θα έχει κυματομορφές που είναι εκτός φάσης υπό γωνία με τις κυματομορφές ανορθωμένης τάσης στην άλλη γέφυρα. Ως αποτέλεσμα, η συνολική ανορθωμένη τάση του οπλισμού του κινητήρα θα έχει κυματισμούς, η συχνότητα των οποίων είναι 2 φορές μεγαλύτερη από τη συχνότητα των κυμάτων κάθε γέφυρας. Η εξίσωση των στιγμιαίων τιμών των ανορθωμένων τάσεων παράλληλα με τις συνδεδεμένες γέφυρες διεξάγεται από έναν αντιδραστήρα εξομάλυνσης. Όταν οι ανορθωτικές γέφυρες συνδέονται σε σειρά, το κύκλωμα λειτουργεί με παρόμοιο τρόπο.

Για τη μείωση του αριθμού των ελεγχόμενων βαλβίδων, χρησιμοποιούνται ημιρυθμιζόμενα κυκλώματα ή κυκλώματα μονής γέφυρας για διόρθωση. Σε αυτή την περίπτωση, το ήμισυ της γέφυρας, για παράδειγμα, η ομάδα καθόδου, ελέγχεται και το ήμισυ της ανόδου είναι μη ελεγχόμενο, δηλ. συναρμολογημένο σε διόδους (βλ. Εικ. 2, γ).

Όλα τα παραπάνω κυκλώματα ισχύος του μετατροπέα είναι μη αναστρέψιμα, καθώς εξασφαλίζουν τη ροή του ρεύματος στο φορτίο προς μία μόνο κατεύθυνση. Η μετάβαση από ένα μη αναστρέψιμο σε ένα αναστρέψιμο κύκλωμα μπορεί να γίνει είτε με τη χρήση αντιστροφέα επαφής είτε με την εγκατάσταση δύο σετ ανορθωτών. Τέτοιοι ανορθωτές κατασκευάζονται σε αντιπαράλληλα (Εικ. 3) ή σταυρωτά (Εικ. 4) σχήματα.

Σε ένα αντιπαράλληλο κύκλωμα, και οι δύο γέφυρες U1 και U2 (βλ. Εικ. 3) τροφοδοτούνται από την κοινή περιέλιξη του μετασχηματιστή και συνδέονται αντίθετα και παράλληλα μεταξύ τους. Σε ένα κύκλωμα crossover, κάθε γέφυρα τροφοδοτείται από ένα ξεχωριστό πηνίο και crossover που συνδέεται με το φορτίο.

Ρύζι.3. Σχέδιο μετατροπέων αντιπαράλληλης σύνδεσης

Ρύζι. 4. Διάγραμμα διασύνδεσης μετατροπέων

Ο έλεγχος των βαλβίδων γέφυρας των αναστρέψιμων μετατροπέων δύο συστατικών μπορεί να είναι χωριστός ή κοινός. Σε ξεχωριστό έλεγχο, οι παλμοί ελέγχου παρέχονται στις βαλβίδες μόνο της γέφυρας που λειτουργεί αυτήν τη στιγμή και παρέχει την επιθυμητή κατεύθυνση ρεύματος στο κύκλωμα φορτίου. Ταυτόχρονα, οι βαλβίδες στην άλλη γέφυρα είναι κλειδωμένες.

Στον κοινό έλεγχο, οι παλμοί ελέγχου παρέχονται στις βαλβίδες και των δύο γεφυρών ταυτόχρονα, ανεξάρτητα από την κατεύθυνση του ρεύματος στο φορτίο. Επομένως, με αυτόν τον έλεγχο, μία από τις γέφυρες λειτουργεί σε ανορθωτή και η άλλη προετοιμάζεται για λειτουργία μετατροπέα. Η συγκυβέρνηση, από την άλλη, μπορεί να είναι συνεπής και ασυνεπής.

Στον συντονισμένο έλεγχο, οι παλμοί ελέγχου παρέχονται στις βαλβίδες και των δύο γεφυρών, έτσι ώστε οι μέσες τιμές της διορθωμένης τάσης και των τελευταίων να είναι ίσες. Σε περίπτωση ασυνεπούς ελέγχου, είναι απαραίτητο η μέση ανορθωμένη τάση της γέφυρας που λειτουργεί σε λειτουργία μετατροπέα (ομάδα βαλβίδων μετατροπέα) να υπερβαίνει την τάση της γέφυρας που λειτουργεί σε λειτουργία ανορθωτή (ομάδα βαλβίδων ανορθωτή).

Η λειτουργία αναστρέψιμων κυκλωμάτων με κοινό έλεγχο χαρακτηρίζεται από την παρουσία ενός ρεύματος εξισορρόπησης σε έναν κλειστό βρόχο που σχηματίζεται από τις βαλβίδες ομάδας και τις περιελίξεις του μετασχηματιστή, το οποίο εμφανίζεται λόγω της ανισότητας των στιγμιαίων τιμών των τάσεων της ομάδας Η ωρα. Για να περιοριστεί το τελευταίο, εισάγονται στα κυκλώματα τα τσοκ εξισορρόπησης L1 — L4 (βλ. Εικ. 3).

Τα πλεονεκτήματα του κοινού συντονισμένου ελέγχου είναι η απλότητα, η ετοιμότητα για μετάβαση από τη μία λειτουργία στην άλλη, τα σαφή στατικά χαρακτηριστικά, η απουσία λειτουργίας διακοπτόμενου ρεύματος ακόμη και σε χαμηλά φορτία. Ωστόσο, με αυτόν τον έλεγχο, μεγάλα ρεύματα εξισορρόπησης ρέουν στο κύκλωμα.

Οι αλυσίδες με απαράμιλλο χειριστήριο έχουν μικρότερα μεγέθη τσοκ από ό,τι με ταιριαστό χειριστήριο. Ωστόσο, με τέτοιο έλεγχο, το εύρος των επιτρεπόμενων γωνιών ελέγχου μειώνεται, γεγονός που οδηγεί σε υποχρησιμοποίηση του μετασχηματιστή και μείωση του συντελεστή ισχύος.

Τα παραπάνω μειονεκτήματα στερούνται του κυκλώματος μετατροπέα με ξεχωριστό έλεγχο. Αυτή η μέθοδος ελέγχου εξαλείφει εντελώς τα ρεύματα εξισορρόπησης, καθώς στην περίπτωση αυτή η παροχή παλμών ελέγχου πραγματοποιείται μόνο για μια ομάδα εργασίας βαλβίδων. Επομένως, δεν χρειάζεται να εξισωθούν τα τσοκ και γενικά η ισχύς του μετασχηματιστή, αφού η ομάδα ανορθωτή μπορεί να ανοίξει με τη μηδενική τιμή της γωνίας ρύθμισης.