6.2. Статические преобразователи электрической энергии в электроприводах постоянного тока

Статические преобразователи электрической энергии переменного тока в энергию постоянного тока (выпрямители) нашли широкое применение в промышленных электроприводах различных отраслей промышленности.

Основу статических преобразователей составляют полупроводниковые приборы (диоды, тиристоры, силовые транзисторы), соединённые по определённой схеме выпрямления. Выпрямители могут быть однофазными и многофазными.

6.2.1. Блок схема тиристорного электропривода. Схемы выпрямления

Тиристорный электропривод постоянного тока (система ТП-Д) на основе полупроводниковых вентилей (тиристоров) можно представить в виде следующих основных элементов (рис. 6.3): собственно тиристорный преобразователь (ТП), системы управления преобразователем (СУ), двигатель постоянного независимого возбуждения (М), обмотка возбуждения которого (LМ) питается от возбудителя (В). В комплектном тиристорном электроприводе в качестве возбудителя, как правило, применён тиристорный преобразователь.

Выбор силовой схемы тиристорных преобразователей определяется его мощностью и назначением. В тиристорных электроприводах мощностью 50-3000 кВт преобразователь выполняется по 3-х фазной мостовой (шестипульсной) схеме выпрямления (рис. 6.4). Эта схема обладает значительными достоинствами по сравнению с однофазными схемами выпрямления, и в частности с трёхфазной схемой.

Это прежде всего лучшее использование тиристоров и трансформатора, т.к. схема является симметричной. Частота пульсаций выпрямленного напряжения составляет =2m=300 Гц, где m – число фаз выпрямления, - частота напряжения сети. Это вполне допустимо для таких потребителей, как электродвигатели указанной мощности или обмотки возбуждения электрических цепей. Высшие гармоники в токе питающей цепи соответствуют шестипульсной схеме выпрямления (гармоники 1,5,7,11 и т.д. порядка).

Рис. 6.3. Блок – схема тиристорного электропривода постоянного тока

Рис. 6.4. Нереверсивный тиристорный электропривод на базе 3-х фазной мостовой схемы выпрямления

В диапазоне мощностей 3-12,5 мВт наиболее целесообразно применять сложные схемы выпрямления, так называемые эквивалентные12-фазные схемы, каждая из которых содержит два трехфазных мостовых преобразователя, включенных параллельно или последовательно к нагрузке и питающихся от трансформаторов с группами соединений, обеспечивающими сдвиг вторичных линейных напряжений на 30˚ (рис. 6.5). Эти схемы, имеющие некоторое снижение КПД, увеличение габаритных размеров и стоимости трансформаторного оборудования, усложнение управления по сравнению с шестипульсной мостовой схемой, дают значительное улучшение энергетических показателей: гармонического состава тока сети ( гармоники 1,11,13 и т.д.) и частоты пульсаций выпрямленного напряжения ( 600 Гц). Уравнительные реакторы УР в схеме рис.6.5,б служат для выравнивания мгновенных значений ЭДС выпрямительных мостов 1,2 и обеспечения 12-ти фазного эквивалентного режима.

Реверс тока в тиристорных электроприводах может быть осуществлён двумя способами: применением быстродействующих реверсивных контакторов (реверсоров) или двух комплектов выпрямительных групп, включенных по определённой схеме. Применение схем с контакторным реверсом допустимо при редких реверсах тока и невысоких требованиях к быстродействию, точности и мощности до 20кВт.

Рис. 6.5. Двенадцатипульсные схемы выпрямления с последовательным (а) и параллельным (б) соединением выпрямительных мостов

Двухкомплектные реверсивные преобразователи являются основой для построения реверсивного тиристорного электропривода с высоким быстродействием и точностью. Существуют два основных способа включения выпрямительных комплектов: встречно – параллельная схема (рис. 6.6) и перекрёстная схема (рис 6.7). Наибольшее применение в реверсивных тиристорных ЭП нашла встречно-параллельная схема.

Рис. 6.6. Встречно-параллельная схема реверсивного преобразователя

В зависимости от способа управления выпрямительными группами реверсивного тиристорного преобразователя различают: реверсивные преобразователи с совместным управлением и реверсивные преобразователи с раздельным управлением. В настоящее время в основном применяется раздельное управление группами, при котором импульсы управления подаются только на ту группу, которая проводит ток, на другую группу импульсы блокируются.

Рис. 6.7. Перекрёстная схема реверсивного преобразователя