ВОЗБУДИТЕЛЬ ДВИГАТЕЛЯ
На ряде металлургических заводов для питания обмоток возбуждения двигателей мощностью до 5 000 кет главных приводов нереверсивных прокатных станов внедрен в эксплуатацию тиристорный возбудитель типа КТУ-1 на номинальный ток 200 а, номинальное напряжение 230 в. Структурная схема тиристорного возбудителя показана на рис. 36.
Силовой блок БС, выполненный по несимметричной трехфазной мостовой схеме, питается от сети переменного тока 380 в Через трансформатор 1Тр.
Сигнал, пропорциональный току возбуждения, сравнивается с задающим напряжением и вводится в цепь обмотки управления дросселя насыщения магнитно-полупроводниковой системы фазового управления СФУ. В узел датчика тока ДТ входят три стандартных трансформатора тока ТТ, нагруженных на промежуточный трехфазный трансформатор тока.
Защита от перенапряжений осуществляется с помощью блока БЗН. Перенапряжения в тиристорном преобразователе могут
Возникать в результате коммутации вентилей, переключений в преобразователе и в сети, от которой он питается.
Величина коммутационных перенапряжений зависит главным образом от индуктивности цепи коммутации и скорости спада обратного тока. Для уменьшения коммутационных перенапряжений применяются #С-цепочки, шунтирующие защищаемые вентили. В области прерывистых токов шунтирующие #С-цепочки при определенных условиях могут нарушать нормальную работу тиристорного преобразователя. Исследования показывают, что для уменьшения влияния RC- Цепочек в указанной области целесообразно уменьшение емкости С и увеличение сопротивления R до величин, допустимых по условиям ограничения коммутационных перенапряжений [JI. 32].
Для защиты тири-сторов от коммутационных перенапряжений возможно применение селеновых ограничителей, шунтирующих защищаемый тиристор.
Опасные для тиристоров перенапряжения могут возникнуть во время переходных процессов при включениях и отключениях ненагруженного тиристорного преобразователя.
Возникновение перенапряжений при включении ненагруженного трансформатора преобразователя связано с наличием в цепях трансформатора индуктивностей и емкостей. Величина этих перенапряжений зависит от момента включения. Максимальные перенапряжения получаются при включении преобразователя на амплитудное значение питающего напряжения U2 Л. макс и не превышает
2^2 Л .макс-
Наибольшие перенапряжения возникают обычно при отключении ненагруженного трансформатора тиристорного преобразователя из-за прерывания цепи намагничивающего тока.
Се/пб леремеяного то/га 7 |
Гг |
||
S3H |
||
-м- |
ДТ |
СФУ =Е |
-О- |
Sy |
Рис. 36. Структурная схема тиристорного возбудителя. |
Величина перенапряжений при включении и отключении ненагруженного трансформатора тиристорного преобразователя может быть уменьшена подключением конденсаторов и сопротивлений к первичным или вторичным обмоткам трансформатора (рис. 37,а). При использовании данной схемы защиты тиристоров от перенапряжений получаются относительно большие потери электроэнергии, которые вызывают дополнительный нагрев преобразователя. Кроме того, габариты защитного устройства велики, так как необходимо применять громоздкие металлобумажные конденсаторы, допускающие включение в цепь переменного тока,
Эти недостатки устраняются в устройстве защиты, схема которого показана на рис. 37,6.
В ГПИ Тяжпромэлектропроект разработано [Л. 30] устройство защиты от перенапряжений #для несимметричной мостовой схемы (рис. 37,в). Конденсатор С блока защиты от перенапряжений БЗН Подсоединен к выходу трехфазного мостового выпрямителя, три
Рис. 37. Схемы защиты тиристоров от перенапряжений. |
Плеча которого образованы диодами силового моста, а три других плеча — дополнительными диодами блока защиты.
В этих устройствах (рис. 37,6 и в) возможно применение малогабаритных электролитических «конденсаторов и снижаются электрические потери.
При возникновении перенапряжений их энергия будет поглощаться конденсатором С защитного устройства и тиристоры пре - . ... образователя будут защищены
Как в обратном, так и в прямом направлениях.
Диоды трехфазного выпрямительного моста устройства защиты от перенапряжений выбираются маломощными, так как резистор /?д ограничивает амплитуду зарядного тока при включении трансформатора на незаряженный конденсатор С. Демпфирующий резистор /?д, включаемый последовательно с конденсатором С, устраняет ч-акже влияние высших гармонических в напряжении питающей сети. Резистор Rv служит для разряда конденсатора С.
Для определения величины емкости конденсатора С принимается, что вся электромагнитная энергия, запасенная в трансформаторе при протекании намагничивающего тока после отключения первичной обмотки трансформатора преобразователя, переходит в электростатическую энергию конденсатора.
Г |
|||||||||
С |
М 40 М 80 Ш120 Ш1М Шмкф |
Ts |
Рис. 38. Зависимость кратности возрастания напряжения на конденсаторе С от величины его емкости. |
Выразив индуктивность намагничивающего контура через параметры трансформатора, получим для частоты 50 гц [JI. 8]:
Где /р0/о — намагничивающий ток трансформатора, %; /2—номинальный
Вторичный ток трансформатора, а; Uzл — номинальное вторичное линейное напряжение трансформатора, в; Kn — допустимая кратность возрастания напряжения на вентилях.
Формула (59) может служить только для предварительного расчета величины емкости конденсатора. Точная величина должна определяться экспериментально в реальной установке.
На рис. 38 показана экспериментально полученная зависимость кратности возрастания напряжения на тиристорах возбудителя типа КТУ-1 от величины емкости конденсатора С устройства защиты от перенапряжений (рис. 37,в) в случае отключения автоматом ненагруженного трансформатора мощностью 100 ква. Кривая снята при /?р=2 ООО ом и #д=20 ом.
Описанные схемы (рис. 37,а—в) защищают тиристоры и от перенапряжений, возникающих при разрыве цепи выпрямленного тока. В этом случае перенапряжения обусловлены наличием ин - дуктивностей в анодных цепях тиристоров или индуктивностью цепи нагрузки.
К системе фазового управления СФУ со стороны тиристорного возбудителя КТУ-1 не предъявляется требование высокого быстродействия, поэтому применена простая и надежная магнитно-полупроводниковая система.
Система содержит два основных узла: фазосдвигающее устройство и формирователь мощных импульсов управления силовыми тиристорами выпрямителя.
Узел фазосдвигающего устройства представляет собой одно - полупериодный магнитный усилитель, магнитопровод которого изготовляется из материала с петлей гистерезиса, близкой к прямоугольной (сплав 50 НП). В магнитном усилителе осуществляется образование управляющего импульса, поступающего в формирователь мощных импульсов, и регулирование его фазы. Момент насыщения дросселя определяется магнитным состоянием сердечника. Управляющий сигнал, изменяя магнитное состояние сердечника, изменяет фазу управляющего импульса. Для получения широкого диапазона регулирования угла запаздывания зажигания, превышающего 180°, питание рабочих обмоток дросселей насыщения однополупериодного усилителя осуществляется от специального формирователя питающего напряжения (рис. 39,a) [JI. 31]. Этот формирователь содержит включенные через диоды 1В и 2В Две обмотки трансформатора, напряжения которых сдвинуты по фазе на 60°, балластный резистор Re, встречно-последовательное соединение кремниевого стабилитрона 1СТ, общего для всех каналов управления, и диода ЗВ. На выходе формирователя в положительную рабочую часть периода генерируется почти прямоугольное напряжение длительностью 240°.
Диод ЗВ предотвращает протекание через стабилитрон тока рабочей обмотки дросселя насыщения в управляющий полупериод, когда происходит размагничивание дросселя и на его рабочей обмотке наводится э. д. с. При протекании тока он создавал бы намагничивающую силу, препятствующую размагничиванию дросселя насыщения. В случае установки диода ЗВ э. д. с. рабочей обмотки дросселя насыщения в управляющую часть периода уравновешивается встречным напряжением вторичных обмоток трансформатора.
Дроссель насыщения ДН, помимо обмотки управления ОУ, Имеет еще две дополнительные обмотки: корректирующую ОК и смещения ОСМ. Обмотка ОК служит для регулирования наклона характеристик U=f(Iy) дросселей, имеющих обычно большой разброс. Осуществляется это изменением величины сопротивления Ri, На которое нагружена обмотка О/С. С помощью обмотки смещения ОСМ осуществляется совмещение характеристик и выбор исходной точки на характеристике. Регулированием величины сопротивлений резисторов Ri и Rs в цепях обмоток ОК и ОСМ можно получить асимметрию импульсов управления в пределах ±3° без предварительного подбора сердечников.
Формирование узких управляющих импульсов высокой крутизны для силовых тиристоров осуществлено с помощью тиристорного генератора импульсов (рис. 39,6). На вход маломощного тиристора Т (подается сигнал с 1нагтрузочного сопротивления RB дросселя насыщения. Диод 5В исключает ложное включение тиристора Т от напряжения, возникающего на нагрузочном сопротивлении Ru при протекании по нему тока намагничивания дросселя ДН.
Взаимная фазировка напряжений обмоток трансформатора, питающих генератор импульсов и формирователь прямоугольного напряжения, указана на рис. 39,6. Формирование импульса возможно во всем диапазоне от 90 до 360° питающего напряжения.
Конденсатор С заряжается до максимального напряжения от обмоток питающего трансформатора в течение положительной чет-
ФормироДатеш литсгюсцего //сглряже/'ая | 1 Рис. 39. Один канал системы фазового управления. А — фазосдвигающее устройство; б — генератор импульсов. |
Верти волны. Перезарядка и разряд конденсатора невозможны из-за диода 4В. Резистор Re ограничивает ток через тиристор Т При неправильной фазировке обмоток.
Передний фронт импульса, поступающего от однополупериод - ного магнитного усилителя, открывает тиристор Т, и емкость разряжается на импульсный трансформатор Тр-И, с вторичной обмотки которого снимается мощный импульс для включения силовых тиристоров возбудителя. Импульс имеет треугольную форму с крутым передним фронтом (3 мксек), причем параметры генератора импульсов выбраны таким образом, чтобы на уровне 10 в
Ширина импульса составляла 10°. Амплитуда импульсов составляет 20 в, ток в импульсе 500 ма.
Запирание тиристора в генераторе импульсов происходит в момент, когда ток трансформатора становится равным нулю. При этом запас электромагнитной энергии в индуктивности намагничивания трансформатора равен нулю и перенапряжений на тиристоре в момент его закрывания нет. Для получения импульса с крутым передним фронтом необходимо, чтобы индуктивность рассеяния обмоток трансформатора была минимальной.
В тех случаях, когда требования к быстродействию увеличиваются и необходима высокая помехоустойчивость, применяются магнитно-полу - проводниковые устройства фазового управления, основанные на способе, разработанном в институте Тяжпромэлектропроект (JI. 33].
Этот способ быстродействующего фазового управления с дросселями насыщения иллюстрируется рис. 40.
1 |
|||
__ |
Cot |
||
А |
^^ 1 |
||
1 |
Рис. 40. Схема быстродействующего фазового управления с дросселями насыщения. |
Отличительной особенностью этого способа является то, что рабочая обмотка дросселя насыщения ДН включается на алгебраическую сумму двух напряжений: питающего переменного напряжения ип и управляющего постоянного напряжения Еу. Изменением напряжения Еу можно регулировать момент насыщения дросселя ДН, т. е. тем. самым изменять момент срабатывания выходного устройства ВУ. Наличие управляющего напряжения £у
В рабочей обмотке дросселя как в управляющем, так и в рабочем полупериодах позволяет повысить быстродействие системы фазового управления по сравнению с однополупериодными магнитными усилителями и сделать его принципиально меньше половины периода питающего напряжения.
Устройства фазового управления, действующие по описанному способу, внедрены в серии тиристорных преобразователей типа ПТТ и ПТТР Саранского завода «Электровыпрямитель» по разработке Чувашского электротехнического научно-исследовательско - го института.
На рис. 41 показан внешний вид щита тиристорных возбудителей КТУ-1 для пяти прокатных двигателей мощностью по 5 ООО л. с. широкополосного стана 2 800. Питающие силовые трансформаторы установлены отдельно.
Тиристорные возбудители КТУ-1 характеризуются экономичностью и высокой надежностью, что подтверждает их длительная безаварийная промышленная эксплуатация.