Файл: Андриенко, П. Д. Защита реверсивных тиристорных преобразователей.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 31.10.2024

Просмотров: 33

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

и. Д. АНДРИЕНКО

ЗАЩИТА

РЕВЕРСИВНЫХ

ТИРИСТОРНЫХ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Киев • „Техн1ка“

1977

Г

Гос.публичная

|

Н

а и й к г я

г

1

S v s SMt-ЛГ»?

1

I ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА*

6П 2.1.082 А65

УДК 621.314.6:621.316.925

Защита

реверсивных тиристорных преобразователей. А н д р и ­

е н к о

П. Д. «Техшка», 1977, 144 с.

Рассмотрены наиболее характерные аварийные режимы реверсив­ ных тиристорных преобразователей постоянного тока, приведе­ ны расчетные соотношения и построены в относительных едини­ цах кривые токов и их тепловых эквивалентов. Определены тре­ бования к устройствам защиты и приведены рекомендации по построению систем защит для реверсивных тиристорных преобра­ зователей. Изложена методика определения параметров защитных элементов схем главных цепей реверсивных преобразователей. Рассчитана на инженерно-технических работников, занятых про­ ектированием и эксплуатацией силовой преобразовательной тех­ ники и электропривода, и может быть полезна студентам bv30“ соответствующих специальностей.

Табл. 9, ил. 47, библиогр. 29.

Рецензент канд. техн. наук И. А. Курило

Редакция литературы по энергетике, электронике, кибернетике и связи Заведующий редакцией инж. 3. В. Божко

30307—004 А М202(04)-77 38' 77

© Издательство «Технжа», 1977 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

В принятых на XXV съезде КПСС «Основных направлениях развития народного хозяйства СССР на 1976—1980 годы» указано на необходимость быстры­ ми темпами развивать производство силовых полупро­ водниковых преобразователей, среди которых преобра­ зователи для электропривода занимают особое место.

Успешное решение проблемы увеличения мощнос­ ти силовых полупроводниковых устройств позволило создать мощную уникальную установку для главного привода блюминга мощностью 10 МВт. К настоя­ щему времени заводами «Преобразователь», ХЭМЗ, ТЭЗ выпускаются серийно комплектные тиристорные агрегаты для электропривода мощностью от 10 до

10 000 кВт.

Стоимость, масса, габаритные размеры и другие характеристики полупроводниковых преобразователей определяются схемой и параметрами элементов их оборудования. Выбор схемы и требуемых значений параметров, в свою очередь, зависят от назначения преобразователя, режимов его работы и требований, предъявляемых к надежности. Конечной задачей каждой разработки является получение оптимальных значений параметров преобразователя. Решение этой проблемы немыслимо без глубокого исследования преобразователей как в стационарных, так и в аварий­ ных режимах. Научно обоснованная методика расче­ та преобразователей является основным средством,

а


обеспечивающим возможность создания наиболее со­ вершенного и экономичного типа подобных установок.

Тиристорный преобразователь представляет собой сложную электрическую цепь с большим количеством нелинейных элементов (тиристоров, насыщающихся дросселей и т. д.). Расчет таких цепей в общем виде невозможен. Поэтому каждый преобразователь пред­ ставляет собой с теоретической точки зрения новый объект для исследования. Тем не менее существуют общие приемы, позволяющие приближенно, но с до­ статочной для практики точностью проанализировать электромагнитные процессы в преобразователе и по­ лучить необходимые расчетные соотношения. Для расчета полупроводниковых управляемых выпря­ мительно-инверторных установок весьма плодотвор­ ным оказался метод припасовывания, широко исполь­ зуемый для анализа установившихся и аварийных режимов.

Автор выражает глубокую благодарность д-ру техн. наук А. М. Корытину за критические замеча­ ния, товарищам по работе, принимавшим участие в исследованиях и разработке отдельных элементов за­ щиты, а также рецензенту канд. техн. наук И. А. Ку­ рило.

Отзывы и пожелания просим направлять по ад­ ресу: 252601, Киев, 1, ГСП, Пушкинская, 28, изда­ тельство «Техшкаъ.

Г л а в а I

УРАВНИТЕЛЬНЫЙ ТОК В РЕВЕРСИВНЫХ ТИРИСТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ

1. ОСОБЕННОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ СТАТИЧЕСКОГО УРАВНИТЕЛЬНОГО ТОКА ПРИ УПРАВЛЕНИИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ УЗКИМИ ИМПУЛЬСАМИ

Реверсивный тиристорный преобразователь состо­ ит из двух вентильных групп, соединенных между со­ бой по определенной схеме. Различают два способа управления вентильными группами: совместное и раз­ дельное.

При раздельном управлении ток проводит только одна группа вентилей, в то время как другая заперта. При совместном управлении между вентильными груп­ пами циркулирует уравнительный ток, величина ко­ торого зависит от разности мгновенных напряжений вентильных групп и ограничивается до допустимых пределов уравнительными реакторами.

Анализ электромагнитных процессов в уравнитель­ ном контуре проводился при допущениях, что урав­ нительные реакторы имеют линейные характеристи­ ки, т. е. не насыщаются при протекании тока нагруз­ ки, а длительность управляющих импульсов равна

2п/т [25; 26].

В настоящее время широко применяется трехфаз­ ная мостовая противопараллельная схема реверсив­ ного тиристорного преобразователя с общим питанием вентильных групп (рис. 1). Эта схема имеет два урав­ нительных контура. Анализ уравнительного тока проводился для одного контура в предположении, что оба контура идентичны [25; 26]. Это справедливо при мгновенной коммутации тока нагрузки, т. е. при

5


питании реверсивного преобразователя от сети бес­ конечной мощности.

Наличие коммутационных процессов приводит к искажению формы кривой напряжения, питающего вентильные группы, и соответственно формы кривой

Рис. 1. Трехфазная мостовая противопараллельная схема реверсивного тиристорного преобразователя с общим пи­ танием вентильных групп.

уравнительного напряжения. Кроме того, тиристоры управляются сравнительно узкими импульсами, а с целью уменьшения габаритных размеров и повышения динамических характеристик реверсивного преобра­ зователя уравнительные реакторы выполняются на­ сыщающимися [15].

6

Указанные выше обстоятельства приводят к тому, что при определенных сочетаниях параметров схемы и законов управления нарушается устойчивая работа преобразователя и происходит аварийное отключение.

Пренебрегая влиянием индуктивности питающей сети и падением напряжения на активных сопротив­ лениях и тиристорах, записываем исходные диффе­ ренциальные уравнения, полагая, что ток нагрузки протекает через тиристоры 16:

и а б - Е ,, = (2L1 + Ld) ^ -

+ L1 ^ L + L 1 ^

-

] (1)

+

+

 

 

 

(2)

uy i= L 1- § - + (L1 + L2) * b - t

 

 

(3)

где иа6 — мгновенное значение

напряжения

на

вы­

ходных зажимах работающей

группы

тиристоров;

Еа — противо ЭДС электродвигателя; иу\\

ыу2 — урав­

нительное напряжение в уравнительном контуре, включающем тиристоры 1, 3, 5, 2', 4', 6’ и 2, 6, 4, 3', 5' соответственно; iyi; ty2; id — уравнительные

токи и ток нагрузки соответственно; Ьг\ L2; Ld — ин­ дуктивность уравнительных реакторов и цепи нагруз­ ки соответственно.

Решая уравнение (1) — (3)

относительно

, по­

лучаем

 

 

 

diyl _

&иу2 + uyi [(1 + Ь) (2 +

а) Ь] — (1 + Ь) (иаб Ed)

~ 1 Г ~

М ( 2 + а) (1 +

6)2 + 26(1 + Ь )]

*

 

 

 

(4)

где параметры b — Ьх!Ег\ а — Ld/Lx.

Если уравнительные реакторы выполняются на­ сыщающимися, то их индуктивности зависят от

7


величины тока нагрузки. В одном граничном случае индуктивности уравнительных реакторов равны меж­

ду собой

Lx = L2 при

id — 0, что соответствует зна­

чению параметра b =

1.

В другом граничном случае

при

значительных токах

нагрузки id .> 2 ... 2,5IdH,

где

la» -

номинальный

ток нагрузки, значение па­

раметра b стремится к нулю, что соответствует идеаль­ ному дросселю насыщения. Значение параметра а при этом стремится к бесконечности при любом ко­ нечном значении индуктивности цепи нагрузки. Гра­ ничные случаи, когда Ь = 0 и b = 1, определяют диапазон возможных изменений уравнительных то­ ков при Ld = const.

Анализ зависимости уравнительного тока от па­ раметров нагрузки (от параметра а) при неизменном

значении параметра b = 1

и длительности управля-

приведен в работе [29].

ющих импульсов ти =

Рассмотрим особенности возникновения уравни­

тельного тока, когда b = 0,

при управлении преобра­

зователем узкими (длительностью несколько элек­ трических градусов) импульсами.

Полагая, что Lx — 0,

Ld Ф 0,

т. е. b = 0, а — оо,

с учетом формул (1) — (4) имеем

 

dt

_

“yi

/с\

'

Уравнительное напряжение в уравнительном кон­ туре без учета коммутационных процессов в преоб­ разователе описывается следующими выражениями.

Для углов регулирования 0 < а < -у

Ыу = —- ]/3~ Umax sin (d)t — Р)

(6)

при изменении Ш в

пределах 0 < <s>t <

а + р, где

Umax — максимальное

значение фазного напряжения;

со — круговая частота питающей сети; a,

(J — углы

8


Рис. 2. Диаграммы уравнительных напряжений и токов в пре­ образователе при /,/ = 0:

а а = я/6; б а =» я/3.

регулирования выпрямителя и опережения включения инвертора соответственно.

Диаграммы уравнительных напряжений и токов

для углов регулирования а < -2-, а также последо­

вательность управляющих импульсов показаны на рис. 2.

9