книги из ГПНТБ / Анисимов Я.Ф. Особенности применения полупроводниковых преобразователей в судовых электроустановках

Режим работы электропривода траловой лебедки не характе­ рен частыми реверсами двигателя, поэтому в цепях якорей данных приводов целесообразно использовать и нереверсивные тиристор­ ные преобразователи с контакторным реверсом (14]. В основу их могут быть положены схемы, рассмотренные выше, для приводов лебедок грузоподъемных механизмов и швартовных устройств.

Отметим, что отсутствие в преобразовательных агрегатах сило­ вых трансформаторов приводит к повышению выпрямленного напряжения. При напряжении сети, равном 380 В, выпрям­ ленное напряжение в холостом неуправляемом режиме составляет 540 В. Это требует применения тиристоров высоких классов. Но при использовании двигателей на номинальное напряжение по­

§4.8. Выпрямители для питания приводов'

сбольшим статическим моментом

Для питания приводов с большим статическим моментом, рабо­ тающих в повторно-кратковременном режиме, применяются выпря­ мительные агрегаты типа ВАКЭП-ПВ. Основные технические дан­ ные преобразователей указанного типа приведены в табл. 4.2.

основе неуправляемых диодов. В связи с большими пусковыми то­ ками в каждое плечо трехфазной мостовой схемы параллельно включены по три вентиля. Преобразователь имеет принудительное воздушное охлаждение. Он может получать питание от основной

130

или резервной сети переменного тока. Включение производится с помощью пусковой схемы, обеспечивающей дистанционное управ­ ление. Допустимое время работы с максимальной нагрузкой /с/ліакс= 1800 А составляет 0,5 с.

Достоинствами схемы являются ее простота, высокие надеж­ ность и к. п. д. Коэффициент мощности из-за отсутствия регулиро­ вания имеет большое значение. Недостаток схемы — заметная зави­

В схеме управления преобразователем (рис. 4.24) можно вы­ делить следующие функциональные узлы:

1)система фазового управления СФУ;

2)блок управления режимами преобразователя БУР;

3)система защиты и сигнализации СЗС.

Преобразователь имеет обратные связи по напряжению и току. Схема силовой части представлена на рис. 4.25. Преобразова­ тель выполнен по нереверсивной шестифазной нулевой схеме с со­ единением вторичных обмоток силового трансформатора ТрІ в двойной зигзаг. Применение подобной схемы обусловлено боль­ шой величиной выпрямленного тока при относительно низком уровне выпрямленного напряжения. Каждая фаза вентильного блока представляет собой параллельное соединение трех тиристо­ ров типа ВКДУМ-150. Для выравнивания токов в параллельно сое­

диненных тиристорах включены индуктивные делители ИД.

Преобразователь может получать питание от сети напряже­ нием 380 или 220 В, для чего предусмотрено включение первичных

131

обмоток трансформаторов Tpl соответственно в звезду или тре­ угольник.

Система фазового управления состоит из шести однотипных ка­ налов, каждый из которых управляет тремя тиристорами, вклю­ ченными в одну фазу. На рис. 2.5 приведена схема канала, управ­ ляющего тиристорами В1—В1". На этом же рисунке приведены схемы трансформатора управления ТрЗ и источников питания, а также схема включения и отключения преобразователя с отдель­ ными элементами защиты и сигнализации.

С выхода трансформатора Тр4 черед диод D18 и резисторы R18—R20 импульсы подаются на соответствующие электроды си­ ловых тиристоров. Поскольку в данной схеме выпрямления в лю­ бой момент времени (без учета явления коммутации) работают тиристоры только одной фазы, отпадает необходимость сдваивания управляющих импульсов и, следовательно, введения дополнитель­ ной обмотки в трансформатор Тр4. Для формирования пилообраз­ ного напряжения и управляющих импульсов используются фазные напряжения вторичных обмоток трансформатора ТрЗ (а.2, в2,

внешних характеристик преобразователя путем подачи на СФУ управляющего сигнала определенного значения в зависимости:

а) от времени выхода на режим стабилизации тока; б) от величины стабилизированного тока; в) от величины напряжения на выходе преобразователя.

Схема БУР приведена на рис. 4.26. На клеммы 15—18 посту­ пает сигнал, пропорциональный первичному току, а следовательно, и току нагрузки. С помощью этого сигнала осуществляется стаби­ лизация тока в режимах, когда напряжение на выходе преобразо­ вателя ниже заданного значения. Требуемая ступень стабилиза­ ции тока (1800, 1200 или 900 А) обеспечивается замыканием со­ ответствующего контакта К1—КЗ.

На клеммы 13—14 подается сигнал обратной связи по напря­ жению, производится стабилизация выпрямленного напряжения при достижении последним заданной величины. Необходимый уро­

133

Преобразователь имеет дистанционное управление по задан­ ной программе. К элементам дистанционного управления отно­

нальный току нагрузки (клеммы 15—18), управляет транзистором Т5. Отклонение тока нагрузки от заданного значения в ту или дру­ гую сторону приводит к соответствующему изменению напряжения

134

управления на клеммах 24—25, чем и обеспечивается стабилиза­ ция тока нагрузки.

пряжение управления на определенном уровне. Этим ограничи­ вается рост напряжения на выходе преобразователя и обеспечи­ вается его постоянство с указанной выше точностью с переходом

стор Т10 закрывается и преобразователь вновь переходит в режим стабилизации тока.

Отключается преобразователь кнопкой КС. При этом закры­ вается тиристор D19, снимая питание с блоков СФУ и БУР, в ре­ зультате чего блокируются управляющие импульсы силовых ти­ ристоров. Таким образом, включение и отключение преобра­ зователя осуществляется путем управления силовыми тиристо­ рами.

и сигнализации показаны на рис. 2.5, 4.25—4.26. От перегрузок и токов короткого замыкания преобразователь защищается снятием импульсов с силовых тиристоров с одновременным отключением преобразователя от сети фидерным автоматом А.

При резком увеличении тока нагрузки и, следовательно, по­ требляемого тока выше допустимой величины возрастает напря­ жение, снимаемое с резистора R9. Появившийся на клеммах 19— 20 сигнал усиливается транзистором Т9 и передается на тиристор D18 (клеммы 26—27), который включается и шунтирует выход источника питания. В результате блокируются управляющие им­ пульсы силовых тиристоров.

С включением тиристора D18 увеличивается напряжение на резисторе R25, что приводит к открыванию тиристора D32 и по­ даче питания на дистанционный расцепитель Др фидерного ав­ томата. Автомат А отключает преобразователь от сети.

Схемой предусмотрена сигнализация контроля наличия напря­ жения и правильности порядка чередования фаз на силовом транс­ форматоре с помощью лампы ЛС1.

§ 4.9. Выпрямители для ГЭУ двойного рода тока

Благодаря применению системы двойного рода тока значи­ тельно повышаются технико-экономические показатели ГЭУ. В та­ ких системах в качестве источников электроэнергии используются синхронные генераторы (СГ), отличающиеся высокими надежностью и к. п. д., позволяющие устанавливать для приведения их в дви­ жение высокооборотные первичные двигатели. В качестве гребных электродвигателей используются двигатели постоянного тока

135

независимого возбуждения, отличающиеся высокими регулировоч­ ными свойствами. Характерным элементом ГЭУ двойного рода тока является полупроводниковый выпрямитель, преобразующий переменное напряжение синхронных генераторов в постоянное, по­ даваемое в цепь якорей гребных двигателей. Таким образом, дан­ ные установки сочетают в себе достоинства систем постоянного

ипеременного тока.

Вустройстве ГЭУ двойного рода тока согласование напряже­ ния генераторов и двигателей производится без посредства транс­ форматоров. Это существенно снижает габариты и массу и повы­ шает к. п. д. установки. Выпрямительное звено выполняется по трехфазной мостовой схеме. В настоящее время в целях повыше­

ния надежности и упрощения схемы преобразования предпочте­ ние отдается неуправляемым выпрямителям. Реверс гребного дви­ гателя осуществляется по цепи возбуждения с помощью отдель­ ного реверсивного тиристорного преобразователя.

Как отмечалось ранее, трехфазная мостовая схема характери­ зуется значительным содержанием высших гармоник в потребляе­ мом токе. Это приобретает особую важность для автономных греб­ ных установок в силу того, что мощность двигателей близка к мощности генераторов. Наличие высших гармоник в токе ста­ тора вызывает дополнительные потери в генераторах (что приво­ дит к необходимости завышения их мощности), а также искаже­ ние формы напряжения генераторов. Действие этих факторов мо­ жет быть существенно снижено применением схемы с 12-фазным режимом выпрямления. В установках средней и малой мощностей подобный режим может быть получен в схеме с трансформатором, снабженным двумя комплектами вторичных обмоток (см. рис. 1.2, ж). В автономных установках можно обойтись без транс­ форматора; 12-фазный режим в схеме (рис. 4.27, а) будет обеспе­ чен, если использовать синхронный генератор с двумя трехфаз­

нием активных материалов генераторов и малой величиной пуль­ сации выпрямленного напряжения. Выпрямительные мосты можно включать как параллельно, так и последовательно.

Достоинством ГЭУ двойного рода тока является возможность отбора мощности для питания потребителей общесудовой сети. Та­ кое распределение электроэнергии позволяет сократить установ­ ленную мощность генераторов при первоначальной суммарной ус­ тановленной мощности потребителей и повысить экономичность судовой энергетической установки. В схеме, аналогичной приве­ денной на рис. 4.27, а, но выполненной на тиристорах, отбор мощ­ ности можно осуществить с помощью трансформатора с двумя первичными обмотками и одной вторичной; одна из первичных обмоток включается звездой, другая — треугольником. Напряже­ ние синхронного генератора поддерживается постоянным, а регу­ лирование напряжения на якоре гребного двигателя обеспечива­ ется изменением угла а открытия тиристоров.

136

Широкие возможности в отношении отбора мощности [15] от­ крываются при использовании сдвоенных синхронных генерато­ ров (рис. 4.27, б). Два последовательно и синфазно соединенных генератора могут приводиться во вращение одним первичным двигателем или каждый из генераторов может иметь отдельный приводной двигатель. Шины судовой сети подключаются к выход­ ным зажимам первого СГ, имеющего стабильное напряжение. На­ пряжение на якоре гребного двигателя регулируется в широких пределах благодаря изменению напряжения СГ2, для чего необ­

Рис. 4.27. Схемы преобразователей ГЭУ: а — 12-фазная;б — со сдвоен­ ными генераторами.

ходимо изменять ток возбуждения этого генератора. Такой метод регулирования скорости гребного двигателя затрудняет примене­ ние обычных статических систем самовозбуждения для второго СГ. Подобный недостаток можно устранить, если в системе использо­

до номинального изменением положения векторов соответствую­ щих фазных з. д. с. генераторов относительно друг друга, что достигается, в свою очередь, изменением угла между осями маг­ нитных потоков роторов обоих генераторов. Каждый из генерато­ ров должен иметь отдельный приводной двигатель.

Гребная установка ГЭУ может включать несколько сдвоенных генераторов. Вентильные блоки на стороне выпрямленного напря­ жения могут соединяться как параллельно, так и последовательно. Наиболее выгодно использовать последовательное соединение [15], обеспечивающее независимую работу каждого из генераторных аг­ регатов и позволяющее включить в общий контур электродвиже-

137

имя несколько гребных электродвигателей, а также двигатели дру­ гого назначения. Подобная система двойного рода тока допускает осуществление комплексной автоматизации.

Дальнейшим развитием судовых электроэнергетических систем является создание единых установок переменного тока, в которых питание как гребных электродвигателей, так и общесудовых по­ требителей производится от единых шин, получающих энергию от синхронных генераторов судовой электростанции. В качестве примера можно привести электроэнергетическую установку трау­ лера «Тико I».

Подобные установки отличаются более высокими технико-эко­ номическими показателями по сравнению с обычными электроэнер­ гетическими установками электроходов, в которых сеть электро­ движения отделена от общесудовой сети.

В то же время наличие мощных полупроводниковых преобра­ зователей приводит к искажению формы напряжения на шинах отбора. Степень искажения будет зависеть от соотношения мощ­ ностей преобразователей и отбора, а также от схем преобразова­ телей. В этом отношении значительными достоинствами обладает схема, приведенная на рис. 4.27, а.

Для ГЭУ двойного рода тока становятся особенно важными во­ просы расчета добавочных потерь в генераторах, а также гармоник выпрямленного напряжения и тока.

Глава 5

ВЗАИМНОЕ ВЛИЯНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

И СУДОВОЙ СЕТИ

§5.1. Гармонический состав потребляемого преобразователями тока

тока обусловлена периодическими коммутациями вентилей в схеме преобразователя, в результате чего режим работы каждой из фаз переменного тока в течение периода не остается неизменным. Ре­ жим работы фазы, а следовательно, и форма тока в ней зависят также от соотношения параметров схемы преобразования, вида нагрузки, глубины регулирования. На рис. 1.6, д была приведена кривая потребляемого тока для трехфазной мостовой схемы, по­ строенная при условии La = оо . В ней можно выделить участки трех видов: нулевых значений токов, прямолинейные и синусои­ дальные. Участки первого вида соответствуют интервалам вре-

138

Участки второго вида соответствуют интервалам времени, когда один из вентилей этой фазы (В2 или В5) работает в паре с одним из вентилей другой группы. По вторичной обмотке трансформатора протекает ток, равный току нагрузки, в первичной обмотке значе­ ние тока составляет Id/K?. Кривая тока фазы в этих интервалах имеет прямолинейный характер только в случае, если выпрямлен­ ный ток идеально сглажен. Участки третьего вида соответствуют коммутационным интервалам (например, Ѳг—Ѳз), когда в схеме работают три вентиля и ток протекает по всем трем фазам. В рас­ сматриваемой фазе С ток или нарастает, или спадает. Продолжи­ тельность этих участков определяется углом коммутации; при мгновенной коммутации кривая фазного тока имеет прямоуголь­ ную форму. Дальнейшее снижение интервала проводимости фазы происходит при переходе преобразователя в прерывистый режим работы.

Кривая потребляемого тока, т. е. тока в первичной обмотке трансформатора, в схемах, приведенных на рис. 1,2, в, д—е, имеет форму, аналогичную рассмотренной. Кривые первичных токов од­ нофазных схем (рис. 1.2, а—б) характеризуются отсутствием ну­ левых участков. Естественно, эти участки появляются при работе преобразователя в прерывистом режиме.

Таким образом, первичный ток переменный, но несинусоидаль­ ный. Кроме основной гармоники ( / г = 1 ) , ои содержит высшие, порядок которых определяется равенством

моники в непрерывном режиме при конечном значении индуктив­ ности La в большинстве случаев несущественно отличаются от гармоник, соответствующих условию La = со. Если принять за на­ чало отсчета времени момент прохождения фазной э. д. с. через

А т

Знак перед правой частью выражения (5.2) зависит от порядка гармоники и принимается таким же, как и в формуле (5.1). При расчетах в качестве базового тока удобнее выбирать не ампли­ туду тока /к.з, а амплитуду основной гармоники тока, которую

139