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

вне увеличения напряжения на R8 возрастет напряжение на эмиттерном переходе (£/э.б) транзистора 77. Это напряжение усили­ вается двухкаскадным усилителем, образуемым транзисторами 77 H Т2 (см. рис. 2.13), и в качестве управляющего сигнала переда­ ется в СФУ. В результате происходит увеличение угла включе-

513-Bfб

Рис. 3.1. Схема выпрямительного агрегата типа ВАКС-7-230.

ния тиристоров и, следовательно, снижение выпрямленного напря­

лирования аналогичен, но идет в обратном направлении, потенцио­ метром R7 можно изменять его уровень.

Транзисторный усилитель (77, Т2) выполнен с сильной отрица­

60

важно при колебаниях температуры окружающей среды, напря­ жения сети и замене транзисторов.

Схема системы фазового управления и блока питания для агрегатов, выполненных по трехфазной мостовой несимметричной схеме, была приведена на рис. 2.13. В системе СФУ преобразова­ телей типа ВАКС-40-230 и ВАКС-10,5-30ч, изготавливаемых на ос­ нове трехфазной мостовой симметричной схемы, в качестве гене­ ратора ГПН использован диодный коммутатор (см. рис. 2.7). Схема генератора импульсов

напряжения в блоке питания с помощью электролитических кон­ денсаторов.

Для сглаживания выпрямленного напряжения могут быть ис­ пользованы фильтры. Они изготавливаются в виде отдельных бло­ ков. Такие фильтры выполняются по Г-образной схеме. Включение

рис. 3.2 (Пан — номинальное выпрямленное напряжение). В отли­ чие от дросселыю-выпрямительных агрегатов тиристорные преоб­ разователи имеют стабильное напряжение даже при малых на­ грузках.

Два агрегата одинаковой мощности могут быть включены параллельно на общую нагрузку. В этом случае для обеспечения устойчивой работы и равномерного распределения нагрузки ис­ пользуется устройство для параллельной работы УПР (рис. 3.3). Такое устройство присоединяется к агрегатам с помощью клемм 3,

61

4, 9 (см. рис. 3.1). При возрастании выпрямленного тока одного из агрегатов и снижении тока другого нарушается равенство на­ пряжений на клеммах 3—4, что вызовет протекание уравнитель­ ного тока в схеме УПР. Наличие уравнительного тока в цепи: ба­ за-эмиттер транзистора 77 первого агрегата — УПР — база-эмит­ тер транзистора 77 второго агрегата приводит к снижению тока базы одного транзистора и к увеличению тока базы другого. Это, в свою очередь, вызывает такое изменение коллекторных токов транзисторов Т1 в узлах сравнения, что в более нагруженном аг­ регате углы включения тиристоров увеличиваются, в менее нагру-

Рис. 3.3. Схема включения агрегатов типа ВАКС на параллельную работу.

женном — уменьшаются. В результате токи агрегатов выравни­ ваются. Для повышения надежности ток параллельно работающих агрегатов необходимо снижать на 4% от номинального. Для до­ стижения более устойчивой параллельной работы тиристорных вы­ прямителей типа ВАКС, выполненных по трехфазной мостовой несимметричной схеме, необходимо включать агрегаты с одинако­ выми группами соединения трансформаторов и обеспечивать оди­ наковое чередование фаз.

Потенциометры R2 служат для настройки агрегатов на парал­ лельную работу при монтаже их на судах, выключатели ВК— для отключения агрегатов при переходе на раздельную работу. Устрой­ ства УПР изготовляются в виде отдельных блоков.

В преобразователях типа ВАКС предусмотрена защита от то­ ков короткого за*мыкаиия и недопустимых перегрузок. Защита си­ ловой части (см. рис. 3.1) осуществляется предохранителями Прі, цепей системы управления — Пр2 и цепи вольтметра — ПрЗ. Вен­ тили защищаются от перенапряжений с помощью 7?С-цепочек {R1—Cl). Агрегаты имеют световую сигнализацию. При включе­ нии агрегата загорается зеленая лампа ЛС1.

62

Агрегаты, имеющие один канал питания, включаются и отклю­ чаются пакетными выключателями. Преобразователи, которые мо­ гут получать питание как от основной, так и от резервной сети, включаются с помощью контакторного устройства [24, 58].

§ 3.2. Зарядные и зарядно-силовые выпрямительные агрегаты

Основной особенностью преобразователей, применяемых для зарядки аккумуляторных батарей, является их способность авто­ матически поддерживать выпрямленный ток неизменным по мере увеличения напряжения батареи. Стабилизация тока на выходе агрегата обеспечивается с помощью дросселей насыщения или тиристоров.

Для зарядки аккумуляторных батарей на судах используются выпрямительные агрегаты типов ВАКЗ и ВАКЗС, предназначен­ ные для работы от сетей 380 В, 50 Гц. Основные технические дан­ ные агрегатов типа ВАКЗ приведены в табл. 3.4—3.5.

63

В преобразователях типа ВАКЗ-6,5-370 применены дроссели насыщения. Принцип стабилизации заключается в том, что при отклонении зарядного тока от заданной величины система автома­ тического регулирования выпрямителя подает в обмотки управле­ ния дросселей насыщения такой сигнал, который приводит выход­ ной ток к требуемому уровню [24]. Агрегаты имеют два выходных

Рис. 3.4. Схема канала зарядного агрегата типа ВАКЗ-2-40.

канала, что позволяет производить одновременную зарядку двух аккумуляторных батарей. Так как агрегат обеспечивает восемь режимов зарядки, то батареи могут иметь различные зарядные токи. Агрегат может также работать двумя каналами параллельно на одну батарею.

Стабилизация зарядного тока в агрегатах типа ВАКЗ-2-40 осу­ ществляется с помощью тиристоров. Агрегаты данного типа имеют также два выходных канала, каждый из которых выполнен по схеме, приведенной на рис. 3.4. Канал состоит из силовой части, блока сравнения БС, системы фазового управления, узла обрат­ ной связи, элементов защиты и сигнализации. Силовая часть, включающая трансформатор Трі, тиристоры ВІ, ВЗ, В5 и диоды В2, В4, В6, изготавливается на основе трехфазной мостовой не­ симметричной схемы. Систему фазового управления образуют три

64

однотипных блока управления БУ1—БУЗ. Трансформаторы ТрЗ—• Тр5 также входят в соответствующие блоки управления. Транс­ форматор Тр5, в отличие от первых двух, имеет три вторичные обмотки, одна из которых служит для питания выпрямительного моста D7—D10, расположенного в блоке сравнения. Узел обрат­ ной связи состоит из трансформаторов тока Тр2, выпрямителя D1—D6, резисторов R3—R6 и переключателя Я.

Напряжение вторичных обмоток трансформаторов Тр2, про­

СтЗ выполняет роль опорного. При отклонении зарядного тока от заданного уровня меняется потенциал базы транзистора 77, что приводит к изменению тока коллектора этого транзистора и на­ пряжения на резисторах RIO в блоках БУ1—БУЗ. Напряжение, поступающее на резисторы RW из блока сравнения, служит для СФУ управляющим. Пилообразное напряжение формируется на конденсаторах С9 из трапецеидального, получаемого с помощью стабилитронов Ст4—Ст5 и резисторов R8 из синусоидального на­ пряжения синхронизирующих трансформаторов ТрЗ—Тр5. Пило­ образное напряжение и напряжение управления сравнивают в цепи базы транзисторов Т2. Запирающим для таких транзисторов яв­ ляется напряжение управления, отпирающим — пилообразное на­ пряжение. Поэтому как только пилообразное напряжение на ре­ зисторе R9 в соответствующем блоке БУ начнет превышать на­

в предыдущий полупериод конденсатора СЮ через первичную об­ мотку импульсного трансформатора Трб. Со вторичной обмотки Трб снимается импульс, открывающий соответствующий силовой

напряжения управления, формируемого блоком сравнения. В со­ ответствии с величиной данного напряжения СФУ изменяет угол включения силовых тиристоров в нужную сторону, чем и достига­ ется стабилизация тока в пределах требуемой точности. Система СФУ обеспечивает также автоматическую стабилизацию тока при колебаниях напряжения и частоты сети, а также температуры окружающей среды.

Агрегат ВАКЗ-2-40 в соответствии с положением переключа­ теля П имеет три режима зарядки (см. табл. 3.5). Любой из этих режимов обеспечивается каждым каналом раздельно путем из­ менения сопротивлений R3, R4, R5. Следует отметить, что агрегаты типа ВАКЗ-2-40 не могут работать параллельно.

Выпрямительные агрегаты типа ВАК.ЗС предназначены как для зарядки аккумуляторных батарей, так и для питания силовой нагрузки, в результате чего повышается эффективность использо­ вания преобразователей подобного'типа. В режиме зарядки преоб­ разователь обеспечивает стабилизацию тока, в силовом — стаби-

65

лизацию выпрямленного напряжения. Преобразователи данного типа могут работать также в режиме длительной подзарядки аккумуляторных батарей при стабилизации напряжения. Стаби­ лизация тока или напряжения осуществляется автоматически, пе­ ревод агрегата с одной ступени зарядки на другую и в режим

без дополнительных устройств. В силовом режиме, когда проис­ ходит стабилизация выходного напряжения, необходимо включе­ ние устройства для равномерного распределения тока нагрузки между агрегатами.

К выпрямительным агрегатам рассматриваемого вида отно­ сится преобразователь типа ВАКЗС-295-330, имеющий следующие технические данные: Рп=400 кВА, Pd=295 кВт (агрегат имеет один выходной канал), / л = 605 А, л = 88%, ЗС = 0,83, охлаждение — принудительное воздушное. В зарядном режиме агрегат обеспечи­ вает три ступени зарядки. Выходные данные агрегата по ступеням приведены в табл. 3.6. Точность стабилизации тока составляет

± 7 % ; коэффициент пульсации выпрямленного напряжения К п ^ <100%.

В силовом режиме номинальное значение выпрямленного тока составляет 895 А; преобразователь обеспечивает два значения вы­ прямленного напряжения — 230 и 320 В с точностью ± 5 % . Коэф­ фициент пульсации выпрямленного напряжения в этом режиме £ ц ^ 9 5 % .

Стабилизация тока и напряжения в агрегате типа ВАКЗС-295- 330 осуществляется с помощью дросселей насыщения. Принцип действия таких агрегатов, порядок включения их на параллельную работу изложены в (58]. Там же описывается схема двухканального тиристорного преобразователя для автоматической програм­ мной зарядки аккумуляторов.

§3.3. Сварочные выпрямительные агрегаты

Взависимости от режима электросварки сварочный ток плавно регулируется в широких пределах; внешние характеристики сва­ рочного преобразователя являются крутопадающими. В кремние­ вых сварочных выпрямителях подобный вид характеристик обеспе­ чивается с помощью трансформаторов с подмагничиваемым шун-

66

том или дросселей насыщения [58]. В силу усложнения схемы п конструкции трансформатора, увеличения габаритов и массы аг­ регатов первый вид регулирования характеристик в судовых усло­ виях широкого распространения не получил.

В судовых сварочных установках применяются кремниевые выпрямители типа ВАКСВ. Основные технические данные агрега­ тов этого типа приведены в табл. 3.7. Исполнение агрегатов — брызгозащищенное. Режим работы — повторно-кратковременный, ПВ = 60% при цикле 5 мин. По своим характеристикам, экономич­ ности, простоте управления (как местного, так и дистанционного) выпрямительный агрегат типа ВАКСВ-14-60М. [48] выгодно отли­ чается от преобразователей других типов.

(рис. 3.5) включает силовую часть, элементы управления и за­ щиты. Силовая часть состоит из трансформатора Трі, дросселей насыщения ДН и вентильного блока, выполненного по трехфазной

ческая изоляция, пропитанная лаком К-47 с последующим по­ крытием эмалью ПКЭ-19, обеспечивает сопротивление изоляции между первичной и вторичной обмотками в нагретом состоянии не ниже 10 МОм.

Каждый из шести дросселей насыщения состоит из магнитопровода, рабочей обмотки и обмотки управления. В каждую фазу включены встречно-параллельно по две рабочие обмотки. Обмотки управления всех дросселей соединены последовательно и подклю­ чены к выходу выпрямителя, собранному по однофазной мостовой несимметричной схеме с нулевым вентилем. С помощью дросселей насыщения достигается плавное регулирование сварочного тока

67

в заданных пределах. Они позволяют получить крутопадающие внешние характеристики и отсечку по току (рис. 3.6), что обеспечи­ вает необходимую стабильность электрической дуги.

Вентильный блок изготавливается на основе кремниевых вен­ тилей типа ВКДМ200-2.5. Параллельное включение вентилей

ш

Рис. 3.5. Схема сварочного агрегата типа ВАКСВ-14-60М.

в каждом плече схемы повышает надежность работы агрегата при

68

ными в первичные цепи их конденсаторами Сб, С7, диодами D5, D6, резисторами R4, R5; фазовращатель, выполненный на резисто­ рах R1—R3 и конденсаторах С4, С5; а также трансформатор Тр2. Трансформаторы ТрЗ, Тр4 формируют импульсы тока с достаточно большой крутизной переднего фронта, которые (только положи­ тельного знака) затем поступают на управляющие электроды ти­ ристоров D7, D8. Смещение импульсов во времени и, следова­ тельно, регулирование угла включения тиристоров осуществляется путем изменения величины сопротивления R3. Угол включения мо­ жет регулироваться в диапазоне 0—150°, что соответствует изме­

от короткого замыкания и перегрузок осуществляется с помощью предохранителей. Перегорание предохранителей в этих цепях при­ водит к снижению тока сварки с любого предела уставки на 20 А, оставляя агрегат в рабочем состоянии, что является достоинством данного статического преобразователя. Предусмотрена также за­ щита силовых вентилей от коммутационных перенапряжений в виде цепочек RC.

Кроме электросварочных работ преобразователь может быть использован и для зарядки аккумуляторных батарей, что значи­ тельно расширяет диапазон его применения.

Агрегат отличается высокими значениями к. п. д. и коэффи­ циента мощности в диапазоне наиболее распространенных величин токов сварки. Его к. п. д. превосходит на 23—35% к. п. д. свароч­ ных электромашинных агрегатов и на 12—27% к. п. д. выпрями­ тельных агрегатов других типов. Удельная плотность на киловатт полезной мощности данного преобразователя по сравнению с элек­

имеет существенные преимущества и по сравнению с выпрями­ тельными агрегатами других типов, за исключением выпрямителя типа ВАКСВ-25-80.

Изготовление сварочных агрегатов возможно и на основе тиристорных преобразователей. Преобразователь может быть

69