6 Электромеханические характеристики системы реверсивный тиристорный преобразователь – машина постоянного тока

Уравнения электромеханических (скоростных) характеристик при заданном

в режиме непрерывного тока :

(6.1)

- двигательный режим (выпрямительный режим преобразователя)

. (6.2)

- режим рекуперативного торможения (инверторный режим преобразователя).

Расчёты выполняются для нескольких значений , задаваясь рядом значений от 0 до по формулам (6.1), (6.2) для непрерывного режима .

Пример расчёта зависимости для :

; ;

; ;

; ;

; .

Таблица 6.1 – Данные для построения электромеханических характеристик

-10	158.5	-190.8	-172.2	-117.1	-98.5
-5	124.25	-134.2	-115.6	-60.5	-41.9
0	90	-46.1	-27.5	27.5	46.1
5	55.75	41.9	60.5	115.6	134.2
10	21.5	98.5	117.1	172.2	190.8

Рисунок 6.1 – Электромеханические характеристики

7 Система защиты тиристорных преобразователей

В реверсивных тиристорных преобразователях могут возникнуть аварийные режимы, сопровождающиеся недопустимыми по значению и длительностью токами через вентили, например внешние и внутренние короткие замыкания, опрокидывание инвертора, появление чрезмерных уравнительных токов.

Внутренние короткие замыкания возникают вследствие потери тиристором запирающих свойств и «закорачивания» p-n структуры (пробой тиристора).

Причинами пробоя тиристора могут явиться: высокая скорость нарастания тока (более 20÷200 А/мкс), нарушение механической целости p-n структуры при чрезмерном токе, усталостное разрушение её при цикличной токовой нагрузке преобразователя.

Опрокидывание инвертора является следствием нарушения правильной коммутации тока с одного вентиля на другой. В тиристорных преобразователях, имеющих трёхфазную мостовую схему, могут произойти однофазные и двухфазные опрокидывания инвертора. В первом случае аварийный ток протекает через два тиристора, соединённых с одной фазой трансформатора, который в этом случае работает в режиме холостого хода. Во втором случае ток протекает через два тиристора и две фазы трансформатора. В те полупериоды переменного напряжения, когда линейное напряжение трансформатора действует согласно с напряжением источника постоянного тока, происходит быстрое нарастание аварийного тока.

Опрокидывания инверторов возникают вследствие пропуска отпирания очередного тиристора (в трёхфазной мостовой схеме это приводит к двухфазному, а затем к однофазному опрокидыванию), снижения напряжения сети переменного тока, что приводит к увеличению тока инвертора и угла коммутации, который может стать больше угла опережения инвертора.

Причиной опрокидывания инвертора может быть скачок управляющего напряжения на входе системы импульсно-фазового управления в сторону увеличения угла опережения, а также отпирание тиристора под действием импульсов помех на управляющем электроде, перенапряжений или высокой скорости нарастания напряжения на тиристоре в прямом направлении.

Чрезмерные токи в контуре уравнительных токов возникают в реверсивных вентильных преобразователях с совместным управлением вследствие нарушения соотношения , что приводит к появлению постоянной составляющей в уравнительном токе, насыщению уравнительных реакторов и быстрому нарастанию уравнительного тока до аварийного.

Защита преобразователей должна действовать внешних и внутренних коротких замыканиях, при возникновении аварийных токов между тиристорными группами и при опрокидывании инвертора. При внешних коротких замыканиях и опрокидываниях инвертора защита должна отключать преобразователь со стороны постоянного тока.

Кроме того, при внешних коротких замыканиях желательна легализация аварийного тока по месту (предотвращение перехода аварийного тока на следующие по порядку коммутации в схеме вентили) и по времени (ограничение тока короткого замыкания первой полуволны), что должно обеспечиваться устройством защиты по управляющему электроду, которое снимает или сдвигает к границе инверторного режима управляющие импульсы. При опрокидываниях инвертора эта защита неэффективна.

При внутренних коротких замыканиях защита должна отключать весь преобразователь или повреждённый тиристор (защита по управляющему электроду при этом должна снять или сдвинуть к границе инверторного режима управляющие импульсы).

При появлении аварийных токов между тиристорными группами защита должна разомкнуть цепь аварийного тока или отключить преобразователь от сети.

Основные требования, предъявляемые к аппаратам и устройствам защиты, заключаются в следующем:

1. Максимальное быстродействие. С ростом продолжительности протекания аварийного тока увеличиваются размеры повреждений преобразователя, а при опрокидываниях инвертора возрастает абсолютное значение аварийного тока. Малая теплоёмкость кремниевого элемента и обусловленная этим фактом высокая чувствительность тиристоров к значению и продолжительности протекания аварийных токов определяют высокие требования к быстродействию защиты тиристорных преобразователей.

2. Селективность. Отключение только повреждённых вентилей без нарушения работы исправных вентилей и преобразователя в целом. В то же время при срабатывании защиты, отключающей тиристорный преобразователь в целом, не должна срабатывать защита, отключающая вентили.

3. Чувствительность. Обеспечение срабатывания защиты при возможно меньших значениях аварийных токов.

4. Надёжность, помехоустойчивость, простота настройки и обслуживания.