2.3. Выбор тиристоров по напряжению

Величина амплитудного значения напряжения, прикладываемого к тиристору и определяющая класс тиристора, зависит от схемы тиристорного коммутатора.

В схемах рис.1 а), в) к тиристорам прикладывается фазное напряжение с амплитудой . Для таких схем при U_Л=380В расчетное напряжение на тиристорах U_Т=311В, следовательно необходимо выбирать тиристоры не ниже 4-го класса.

В схемах рис.1 б), г) к тиристорам прикладывается линейное напряжение с амплитудой . При U_Л=380В расчетное напряжение на тиристорах U_Т=535В, т.е. следует выбирать тиристоры не ниже 6-го класса.

Приведенные выше значения напряжений на тиристорах в различных схемах тиристорных коммутаторов U_Т=311В и U_Т=535В не являются наибольшими. Наихудшим для тиристоров является режим отключения от сети вращающегося двигателя, например, при аварийном снятии с тиристоров управляющих импульсов и закрывании последних. Действительно при закрывании тиристоров магнитное поле машины мгновенно не исчезает благодаря существованию магнитного потока, сцепленного с замкнутым контуром ротора. Если пренебречь насыщением, то затухание токов ротора имеет экспоненциальный характер. Апериодические токи ротора затухают равномерно, результирующая м.д.с. остается неподвижной относительно ротора. Затухающим магнитным потоком отключенного от сети двигателя в фазных обмотках статора наводится э.д.с. е(s). Выражение для э.д.с., полученное из условия постоянства потокосцеплений до и после момента отключения двигателя, имеет вид [2]:

(2.8)

где L_m и L_r – эквивалентные полные индуктивности, соответственно взаимная и обмотки ротора; s' – скольжение двигателя в момент его отключения; - начальное потокосцепление ротора; - синхронная угловая частота асинхронного двигателя; - постоянная времени ротора.

При отключении двигателя сумма фазного напряжения u_ф и э.д.с. е(s), определяющая напряжение на тиристорах будет равна [2]:

, (2.9)

где - текущее значение скольжения при равномерно-замедленном движении; - замедление привода с суммарным моментом инерции J_Σ – под действием тормозного момента М_Т; ω(0) – угловая частота э.д.с. е(s) в момент отключения двигателя; - значение э.д.с. е(s) в момент отключения двигателя; - фазный сдвиг между u_ф и е (s').

Выражение (2.9) является в общем случае функцией трех переменных t, и τ_r. Анализ его показывает, что напряжение u(t) может превысить u_ф в 1,7…1,8 раза. А это в свою очередь означает, что напряжение на тиристорах в момент отключения двигателя с вращающимся ротором может оказаться больше соответствующего значения при неподвижном его состоянии в указанное число раз. Отсюда необходимость иметь определенный запас по напряжению тиристоров, для чего выбирают их соответственно схеме включения рис.1 на 2 – 3 класса выше расчетного.

2.4. Выбор тиристоров по динамическим характеристикам

Обеспечение надежной работы тиристорных коммутаторов требует учета при переходных процессах в тиристорах их динамических параметров, превышение которых недопустимо.

В каталожных данных на тиристоры [2], [8] приводятся следующие основные динамические параметры:

а) допустимая скорость нарастания тока , при которой еще не происходят необратимые процессы в рабочих переходах;

б) допустимая скорость нарастания прямого напряжения , при которой еще не происходит самовключение тиристора при номинальном напряжении.

Учет указанных параметров производится следующим образом.

В большинстве случаев при включении асинхронных двигателей пусковой ток i_п достигает пяти-семикратного по отношению к номинальному значению за полпериода питающего напряжения.

В первом приближении можно считать, что пусковой ток нарастает по синусоиде:

. (2.10)

Тогда скорость нарастания тока:

. (2.11)

В момент времени t=0 :

. (2.12)

Условием проверки тиристоров на непревышение скорости нарастания тока уровня допустимого значения, является выполнение неравенства:

. (2.13)

Если зависимость (2.13) не выполняется, следует использовать специальные импульсные тиристоры или защитные дроссели (воздушные или с насыщающимися сердечниками).

Скорость нарастания прямого напряжения на тиристоре определяется собственной емкостью тиристора и последовательной индуктивностью цепи. Аналитический расчет этой скорости практически не осуществим, так как емкость переходов тиристора изменяется в зависимости от величины анодного напряжения, отрицательного напряжения на управляющем электроде и температуры переходов.

Для приблизительных расчетов может быть использовано значение статической емкости тиристора.

Условием проверки тиристоров на непревышение скорости нарастания напряжения уровня допустимого значения является выполнение неравенства:

. (2.14)

Ограничение скорости нарастания напряжения на тиристоре может достигаться за счет включения последовательной индуктивности, замедляющей нарастание емкостного тока.

В схемах нереверсивных тиристорных коммутаторов, рис.1 а), б) с включением тиристоров в рассечку линейных проводов роль ограничивающих индуктивностей выполняют фазные обмотки статора двигателя, благодаря чему отпадает необходимость в дополнительных мерах по ограничению скорости нарастания напряжения.

В наиболее неблагоприятных условиях находятся закорачивающие тиристоры в схемах реверсивных тиристорных коммутаторов, рис.1 в), г). При включении автоматического выключателя линейное напряжение прикладывается к последовательно включенным закорачивающим тиристорам СТЭ и распределяется между ними пропорционально их собственным емкостям. Во время работы двигателя в реверсивных тиристорных коммутаторах возможно резкое возрастание скорости нарастания напряжения на закрытом тиристоре при сложении напряжения сети и э.д.с. обмоток двигателя, поэтому в цепи реверсирующих СТЭ, вообще говоря, необходимо включать ограничивающие дроссели.

Как показали эксперименатльные исследования при использовании лавинных тиристоров случаи их самовключения при подаче напряжения на них во всех типах тиристорных коммутаторов не наблюдаются. Поэтому для реверсивных тиристорных коммутаторов выбираются тиристоры, обладающие лавинной характеристикой.

Литература

1. Б.В. Кузнецов, М.Ф. Суцкевич. Асинхронные электродвигатели и аппараты управления. Справочное пособие. – Минск: Белорусь, 1982. – 221 с.

2. А.П. Богословский, Е.М. Певзнер, И.Р. Фрейзон, А.Г. Яуре. Судовые электроприводы. Справочник. Том 1. – Ленинград: Судостроение, 1983. – 352 с.

3. Электротехнический справочник: в 3-х т. Т2. Электротехнические изделия и устройства / Под общ. ред. профессоров МЭИ (гл. ред. И.Н. Орлов). – М.: Энергоиздат, 1986. – 712 с.

4. Каталог электротехнической продукции корпорации «АсКо-УкрЕМ». – Киев: изд. корпорации «АсКо-УкрЕМ», 2006. – 103 с.

5. Компоненты систем электроснабжения и автоматизации в промышленности. Общий каталог. – Киев: Изд. ООО «СВ АЛЬТЕРА», 2005. – 156 с.

6. М.Г. Чиликин, А.С. Сандлер. Общий курс электропривода. - М.: Энергоиздат, 1981. – 576 с.

7. А.М. Мейстель, В.А. Найдис, Ю.И. Херсонский. Комплектные тиристорные устройства для управления асинхронными электроприводами. - М.: Энергия, 1971. – 120 с.

8. Смирнов А.Д. Справочная книжка энергетика. / А.Д.Смирнов, К.М. Антипов. - М: Энергоатомиздат, 1987. – 568 с.

Содержание

Введение 2