книги из ГПНТБ / Андриенко, П. Д. Защита реверсивных тиристорных преобразователей
.pdf
и. Д. АНДРИЕНКО
ЗАЩИТА
РЕВЕРСИВНЫХ
ТИРИСТОРНЫХ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
Киев • „Техн1ка“ |
1977 |
Г |
Гос.публичная |
| |
Н |
а и й к г я |
г |
1 |
S v s SMt-ЛГ»? |
1 |
I ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА*
6П 2.1.082 А65
УДК 621.314.6:621.316.925
Защита |
реверсивных тиристорных преобразователей. А н д р и |
е н к о |
П. Д. «Техшка», 1977, 144 с. |
Рассмотрены наиболее характерные аварийные режимы реверсив ных тиристорных преобразователей постоянного тока, приведе ны расчетные соотношения и построены в относительных едини цах кривые токов и их тепловых эквивалентов. Определены тре бования к устройствам защиты и приведены рекомендации по построению систем защит для реверсивных тиристорных преобра зователей. Изложена методика определения параметров защитных элементов схем главных цепей реверсивных преобразователей. Рассчитана на инженерно-технических работников, занятых про ектированием и эксплуатацией силовой преобразовательной тех ники и электропривода, и может быть полезна студентам bv30“ соответствующих специальностей.
Табл. 9, ил. 47, библиогр. 29.
Рецензент канд. техн. наук И. А. Курило
Редакция литературы по энергетике, электронике, кибернетике и связи Заведующий редакцией инж. 3. В. Божко
30307—004 А М202(04)-77 38' 77
© Издательство «Технжа», 1977 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
В принятых на XXV съезде КПСС «Основных направлениях развития народного хозяйства СССР на 1976—1980 годы» указано на необходимость быстры ми темпами развивать производство силовых полупро водниковых преобразователей, среди которых преобра зователи для электропривода занимают особое место.
Успешное решение проблемы увеличения мощнос ти силовых полупроводниковых устройств позволило создать мощную уникальную установку для главного привода блюминга мощностью 10 МВт. К настоя щему времени заводами «Преобразователь», ХЭМЗ, ТЭЗ выпускаются серийно комплектные тиристорные агрегаты для электропривода мощностью от 10 до
10 000 кВт.
Стоимость, масса, габаритные размеры и другие характеристики полупроводниковых преобразователей определяются схемой и параметрами элементов их оборудования. Выбор схемы и требуемых значений параметров, в свою очередь, зависят от назначения преобразователя, режимов его работы и требований, предъявляемых к надежности. Конечной задачей каждой разработки является получение оптимальных значений параметров преобразователя. Решение этой проблемы немыслимо без глубокого исследования преобразователей как в стационарных, так и в аварий ных режимах. Научно обоснованная методика расче та преобразователей является основным средством,
а
обеспечивающим возможность создания наиболее со вершенного и экономичного типа подобных установок.
Тиристорный преобразователь представляет собой сложную электрическую цепь с большим количеством нелинейных элементов (тиристоров, насыщающихся дросселей и т. д.). Расчет таких цепей в общем виде невозможен. Поэтому каждый преобразователь пред ставляет собой с теоретической точки зрения новый объект для исследования. Тем не менее существуют общие приемы, позволяющие приближенно, но с до статочной для практики точностью проанализировать электромагнитные процессы в преобразователе и по лучить необходимые расчетные соотношения. Для расчета полупроводниковых управляемых выпря мительно-инверторных установок весьма плодотвор ным оказался метод припасовывания, широко исполь зуемый для анализа установившихся и аварийных режимов.
Автор выражает глубокую благодарность д-ру техн. наук А. М. Корытину за критические замеча ния, товарищам по работе, принимавшим участие в исследованиях и разработке отдельных элементов за щиты, а также рецензенту канд. техн. наук И. А. Ку рило.
Отзывы и пожелания просим направлять по ад ресу: 252601, Киев, 1, ГСП, Пушкинская, 28, изда тельство «Техшкаъ.
Г л а в а I
УРАВНИТЕЛЬНЫЙ ТОК В РЕВЕРСИВНЫХ ТИРИСТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ
1. ОСОБЕННОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ СТАТИЧЕСКОГО УРАВНИТЕЛЬНОГО ТОКА ПРИ УПРАВЛЕНИИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ УЗКИМИ ИМПУЛЬСАМИ
Реверсивный тиристорный преобразователь состо ит из двух вентильных групп, соединенных между со бой по определенной схеме. Различают два способа управления вентильными группами: совместное и раз дельное.
При раздельном управлении ток проводит только одна группа вентилей, в то время как другая заперта. При совместном управлении между вентильными груп пами циркулирует уравнительный ток, величина ко торого зависит от разности мгновенных напряжений вентильных групп и ограничивается до допустимых пределов уравнительными реакторами.
Анализ электромагнитных процессов в уравнитель ном контуре проводился при допущениях, что урав нительные реакторы имеют линейные характеристи ки, т. е. не насыщаются при протекании тока нагруз ки, а длительность управляющих импульсов равна
2п/т [25; 26].
В настоящее время широко применяется трехфаз ная мостовая противопараллельная схема реверсив ного тиристорного преобразователя с общим питанием вентильных групп (рис. 1). Эта схема имеет два урав нительных контура. Анализ уравнительного тока проводился для одного контура в предположении, что оба контура идентичны [25; 26]. Это справедливо при мгновенной коммутации тока нагрузки, т. е. при
5
питании реверсивного преобразователя от сети бес конечной мощности.
Наличие коммутационных процессов приводит к искажению формы кривой напряжения, питающего вентильные группы, и соответственно формы кривой
Рис. 1. Трехфазная мостовая противопараллельная схема реверсивного тиристорного преобразователя с общим пи танием вентильных групп.
уравнительного напряжения. Кроме того, тиристоры управляются сравнительно узкими импульсами, а с целью уменьшения габаритных размеров и повышения динамических характеристик реверсивного преобра зователя уравнительные реакторы выполняются на сыщающимися [15].
6
Указанные выше обстоятельства приводят к тому, что при определенных сочетаниях параметров схемы и законов управления нарушается устойчивая работа преобразователя и происходит аварийное отключение.
Пренебрегая влиянием индуктивности питающей сети и падением напряжения на активных сопротив лениях и тиристорах, записываем исходные диффе ренциальные уравнения, полагая, что ток нагрузки протекает через тиристоры 1—6:
и а б - Е ,, = (2L1 + Ld) ^ - |
+ L1 ^ L + L 1 ^ |
- |
] (1) |
||
+ |
+ |
|
|
|
(2) |
uy i= L 1- § - + (L1 + L2) * b - t |
|
|
(3) |
||
где иа6 — мгновенное значение |
напряжения |
на |
вы |
||
ходных зажимах работающей |
группы |
тиристоров; |
|||
Еа — противо ЭДС электродвигателя; иу\\ |
ыу2 — урав |
||||
нительное напряжение в уравнительном контуре, включающем тиристоры 1, 3, 5, 2', 4', 6’ и 2, 6, 4, 3', 5' соответственно; iyi; ty2; id — уравнительные
токи и ток нагрузки соответственно; Ьг\ L2; Ld — ин дуктивность уравнительных реакторов и цепи нагруз ки соответственно.
Решая уравнение (1) — (3) |
относительно |
, по |
|
лучаем |
|
|
|
diyl _ |
&иу2 + uyi [(1 + Ь) (2 + |
а) — Ь] — (1 + Ь) (иаб — Ed) |
|
~ 1 Г ~ |
М ( 2 + а) (1 + |
6)2 + 26(1 + Ь )] |
* |
|
|
|
(4) |
где параметры b — Ьх!Ег\ а — Ld/Lx.
Если уравнительные реакторы выполняются на сыщающимися, то их индуктивности зависят от
7
величины тока нагрузки. В одном граничном случае индуктивности уравнительных реакторов равны меж
ду собой |
Lx = L2 при |
id — 0, что соответствует зна |
||
чению параметра b = |
1. |
В другом граничном случае |
||
при |
значительных токах |
нагрузки id .> 2 ... 2,5IdH, |
||
где |
la» - |
номинальный |
ток нагрузки, значение па |
|
раметра b стремится к нулю, что соответствует идеаль ному дросселю насыщения. Значение параметра а при этом стремится к бесконечности при любом ко нечном значении индуктивности цепи нагрузки. Гра ничные случаи, когда Ь = 0 и b = 1, определяют диапазон возможных изменений уравнительных то ков при Ld = const.
Анализ зависимости уравнительного тока от па раметров нагрузки (от параметра а) при неизменном
значении параметра b = 1 |
и длительности управля- |
2л |
приведен в работе [29]. |
ющих импульсов ти = |
|
Рассмотрим особенности возникновения уравни |
|
тельного тока, когда b = 0, |
при управлении преобра |
зователем узкими (длительностью несколько элек трических градусов) импульсами.
Полагая, что Lx — 0, |
Ld Ф 0, |
т. е. b = 0, а — оо, |
|
с учетом формул (1) — (4) имеем |
|
||
dt |
_ |
“yi |
/с\ |
' |
1г |
• |
|
Уравнительное напряжение в уравнительном кон туре без учета коммутационных процессов в преоб разователе описывается следующими выражениями.
Для углов регулирования 0 < а < -у
Ыу = —- ]/3~ Umax sin (d)t — Р) |
(6) |
|
при изменении Ш в |
пределах 0 < <s>t < |
а + р, где |
Umax — максимальное |
значение фазного напряжения; |
|
со — круговая частота питающей сети; a, |
(J — углы |
|
8
Рис. 2. Диаграммы уравнительных напряжений и токов в пре образователе при /,/ = 0:
а — а = я/6; б — а =» я/3.
регулирования выпрямителя и опережения включения инвертора соответственно.
Диаграммы уравнительных напряжений и токов
для углов регулирования а < -2-, а также последо
вательность управляющих импульсов показаны на рис. 2.
9