В ВУТ для преобразования переменного тока в постоянный применена 12-
фазная схема выпрямления с параллельным включением двух полностью
управляемых (симметричных) трехфазных мостовых схем (6-фазных) на
тиристорах через уравнительный дроссель. Регулирование и стабилизация
выпрямленных напряжении и тока осуществляется изменением момента включения
тиристоров, т. е. изменением его угла регулирования а. Для получения
заданных выходных параметров угол регулирования а изменяется в определенных
пределах: от аmin до аmax. Отпирание тиристоров двух 6-фазных схем
выпрямления осуществляется от управляющих сигналов, создаваемых системой
управления.
Силовая часть ВУТ (собственно выпрямитель) состоит из трансформаторов
тока ТA1......ТA10, двух силовых трансформаторов ТV1 и ТVЗ, двух
тиристорных .мостов VТ1......VТ6 и VТ14......VТ19, собранных по схеме
Ларионова (трехфазная мостовая схема выпрямления), уравнительного дроселя
L1 и L2 и фильтровых конденсаторов С4......С9 и С40 по С51. Каждая 6-фазная
схема выпрямления состоит их силового трансформатора ТV1 (ТV3) и
тиристорного моста V'Т1......VТ6 (VТ14......VТ19). Вторичные обмотки
силовых трансформаторов VТ1 и VТЗ соединенных в треугольник и подключенных
к основному трехфазному выпрямительному мосту на тиристорах. Первичные
обмотки силовых трансформаторов рассчитаны на напряжения 380 В. Первичные
обмотки силового трансформатора VТ1 соединены в треугольник, а первичные
обмотки силового трансформатора VT3 - в звезду. Благодаря такому включению
первичных обмоток осуществляется сдвиг их вторичных обмоток на 30
электрических градусов.
Две 6-фазные схемы через уравнительный дроссель соединены; параллельно.
Сложение выпрямленных напряжений со сдвигом фаз питающих напряжений на 30
электрических градусов даст в результате выпрямленное напряжение с частотой
пульсации 600 Гц (12-фазиая схема выпрямления). Уравнительный дроссель
обеспечивает независимую работу двух схем Ларионова.
В цепь каждой фазы ВУТ между главными контактами магнитного пускателя КМ2
и первичными обмотками силовых трансформаторов включены первичные обмотки
трансформаторов тока ТА1......ТА6, вторичные обмотки которых через
выпрямительные мосты подключены к цепям автоматики защиты и параллельной
работы.
Трансформаторы тока ТА7 и ТА9 включены в разрыв линии вторичной обмотки
трансформаторов ТV1 и ТVЗ и являются датчиками тока устройства для
выравнивания токов. Трансформаторы тока ТА8 н ТА10 включены в разрыв линии
вторичной обмотки трансформаторов TV1 и TV3 и являются датчиками тока
защиты от неравномерного распределения тока нагрузки между двумя 6-фазными
схемами выпрямления.
Выпрямленное напряжение с шести катодов двух мостов плюсовым полюсом
подается на выходную клемму, а минусовым полюсом с анодов трех тиристоров
двух мостов через уравнительный дроссель - на двухзвенный фильтр,
осуществляющий сглаживание пульсации до заданной нормы. Каждое звено
фильтра состоит из дросселя фильтра к конденсаторов, которые защищены
силовыми предохранителями F1……F4. Параллельно силовым предохранителям
установлены сигнальные предохранители соответственно F5......F8. Ток и
напряжение на выходе ВУТ измеряются амперметром и вольтметром класса
точности 1,5. Для автоматического включения и выключения со стороны
переменного тока в ВУТ установлен магнитный пускатель КМ2. Для отключения
ВУТ со стороны переменного тока при проведении профилактических и ремонтных
работ, а также в случае аварии в ВУТ установлен ремонтный разъединитель. На
выходе ВУТ в минусовом полюсе установлен силовой предохранитель F20,
выполняющий помимо своего основного назначения, роль однополюсового
рубильника, при помощи которого ВУТ может быть отключен от минусового
полюса нагрузки, для этой же цели служит перемычка между клеммами Х2: 10 и
Х2: 11.
Для уменьшения уровня радиопомех на входе ВУТ установлены конденсаторы
С1......СЗ, а на выходе - С38, С39, С60.....С67.
2.3. Система управления.
Конструктивно элементы системы управления размешены в двух одинаковых
специальных блоках управления (АЗ и А4) и в блоке выравнивания токов и
зашиты БВТ и 3).
Блок управления.
Блок управления АЗ управляет тиристорами VТ1......VТ6, блок управления А4 -
тиристорами VТ14.....VТ19. Управляющие импульсы, вырабатываемые блоком
управления АЗ, сдвинуты относительно импульсов вырабатываемых блоком
правления А4, на 30 электрических градусов.
Первичные обмотки трансформаторов Т1......ТЗ блока управления АЗ
соединяются в соответствии с соединением первичных обмоток силового
трансформатора ТV1 в треугольник (устанавливаются перемычки между клеммами
1 - 2, 5 - 6 и 9 - 10), блока управления А4 в соответствии с соединением
первичных обмоток трансформатора ТVЗ - в звезду (устанавливаются перемычки
между клеммами 3 - 4, 7 - 8 и 11 - 12).
Усилитель постоянного тока и устройство выравнивания токов.
Усилитель постоянного тока и устройство выравнивания токов установлены в
блоке выравнивания токов и защиты.
Усилитель постоянного тока служит для сравнения выходного напряжения или
тока (сигнала обратной связи) с величиной опорного напряжения и для
усиления сигнала рассогласования. Усилитель постоянного тока является общим
для двух блоков управления АЗ и А4.
Усилитель постоянного тока состоит из источника опорного напряжения;
входного каскада и двух операционных усилителей выполненных на микросхемах
Д1 и Д2 и двух выходных каскадов.
В качестве источника опорного напряжения входного сигнала используются
дна кремниевых стабилитрона V13 и V14. Резистор R39 предназначен для
ограничения тока стабилитронов. Диоды V17 и V18 предназначены для
температурной компенсации. Входной каскад состоит из транзистора V9,
резисторов (R19,R20,R22,R23,R32,R34 и R37), конденсаторов C12, и C15.
Операционные усилители на микросхемах Д1 и Д2 дополнены резисторами
обратной связи R24 и R25, конденсаторами С9 и С10 с соответствующими
резисторами R20 и R21 с корректирующими цепочками из конденсаторов С5 и С6,
резисторами R13......R14.
Выходной каскад (в скобках указано обозначение второго выходного каскада)
состоит из транзистора V10 (V11), резисторов R28 (R29), R35 (R36), R40
(R41) и диодов V6 (V5). Нагрузкой выходного каскада является резистор V48,
установленный на блоке управления АЗ (А4). Питание входного и оконечного
каскадов осуществляется от стабилизированного источника питания блоков
управления (источники запараллелены).
Устройство для выравнивания токов между параллельно включенными 6-фазными
схемами выпрямления состоит из выпрямительного моста VI (V2), резисторов
R47, R1 (R2), нагрузочного резистора R49 (R50), Г-образного RС -фильтра,
состоящего из резистора R5 (R6) и конденсатора С1 (С2), нагрузочного
резистора R9 (R10) - в скобках указаны обозначения для второй 6-фазной
схемы.
Датчиками контролируемого тока являются трансформатор тока ТА7 для одной
6-фазной схемы и ТА9 - для другой. Напряжение, снимаемое со вторичных
обмоток трансформаторов тока поступает соответственно на выпрямительные
мосты V1 и V2.
Принцип работы устройства для выравнивания токов между параллельно
включенными 6-фазными схемами выпрямления заключается в сравнении токов
нагрузки двух схем и сложении их разности с сигналом, поступающим с
усилителя постоянного тока. Суммарный сигнал воздействует на фазосдвигающие
устройства двух блоков управления. В фазосдвигающих устройствах управляющие
импульсы сдвигаются на угол регулирования, необходимый для стабилизации
напряжения и тока с заданной в ТЗ точностью и для равномерной загрузки двух
параллельно включенных 6-фазных схем выпрямления.
Усилитель постоянного тока совместно с устройством для выравнивания токов
работает следующим образом. Напряжения, снимаемые с конденсаторов С1 (для
моста VI) и С2 (для моста V2), алгебраически складываются (вычитаются), и
суммарное напряжение подается к нагрузочным резистора R9 и R10. Напряжение,
снимаемое с нагрузочного резистора R9 (R10) одним полюсом через резистор
R13 (R14) поступает на инвертирующих вход 4 микросхемы Д1 (Д2), а другим
полюсом на не инвертирующий вход 5 микросхемы Д1 (Д2). Одновременно на вход
5-микросхем Д1 и Д2 поступает напряжение с выхода входного каскада УПТ.
При равномерном распределении токов нагрузки между двумя 6-фазными
схемами выпрямления напряжения, снимаемые с резисторов R9 и R10, равны
следовательно, равны нулю и напряжения, поступающие на входы 4 и 5
микросхем Д1 и Д2. Режим работы микросхем Д1 и Д2 определяется только
режимом работы входного каскада УПТ. В этом случае, если на вход УПТ
поступает увеличенное напряжение (сигнал обратной связи), то резко
увеличивается ток через стабилитроны V13 и V14, возрастает напряжение
смешения на резисторе R37. Транзистор V9 еще больше открывается. На входы 5
микросхем Д1 и Д2 поступает уменьшенное напряжение в результате чего
напряжение сигнала на выходной клемме 10 микросхем Д1 и Д2 также
уменьшается, транзисторы V10 и V11 выходных каскадов закрываются, и
напряжение на их нагрузочных резисторах R48 уменьшается. При уменьшении
входного напряжения напряжение на нагрузочных резисторах R48 увеличивается.
При неравномерном распределении токов нагрузки между двумя 6-фазными
схемами (например, напряжение на выпрямительном мосте V1 -большое
напряжения на выпрямительном мосте V2) напряжение на конденсаторах этих
схем также соответственно различное (напряжение на конденсаторе С1 больше
напряжения на конденсаторе С2). В результате алгебраического сложения этих
напряжении через нагрузочные резисторы R9 и R10 начинает протекать
корректирующий ток. При этом на инвертирующий вход микросхемы Д1 поступает
напряжение положительной полярности через резистор R13 , а на тот же вход
микросхемы Д2 – через резистор R14 – отрицательной полярности. В результате
напряжение на входе 5 по отношению ко входу 4 у микросхемы Д1 меньше, а у
микросхемы Д2 больше. Следовательно, напряжение сигнала на выходе
микросхемы Д2 увеличится, а на выходе микросхемы Д1 уменьшается, транзистор
V10 выходного каскада закроется, а транзистор V11 еще больше откроется,
напряжение на нагрузочном резисторе R48 блока управления АЗ уменьшится, а
на R48 блока управления А4 - увеличится.
Настройка равномерного распределения токов (выравнивание) между 6-фазными схемами осуществляется переменным резистором R47.
2.4. Конструкция.
Конструктивно ВУТ, как и выпрямительные устройства с условной мощностью
2, 4, 9 и 16 кВт, выполнен в виде шкафа прислонного типа сборной
конструкции с габаритными размерам: 2000Х 1100Х 742 мм. Масса ВУТ - не
более 1100 Кг. в левой части шкафа внизу расположены в два ряда друг под
другом силовые трансформаторы ТV1 и ТVЗ. в правой части таким же образом
расположены блоки тиристоров. На передней балке установлены трансформаторы
тока ТА7......ТА10.
В правой части в третьем ряду установлены два дросселя фильтра и
уравнительный дроссель, над ними - блоки с фильтровыми конденсаторами (4
блока), еще выше - два блока управления, блок выравнивания тока и защиты,
силовой предохранитель F20. За предохранителем установлен шунт амперметра.
Над силовыми трансформаторами расположен блок реле. В верхней части шкафа
установлены пускатель переменного тока, трансформаторы тока ТА1......ТА6,
конденсаторы для уменьшения уровня радиопомех, дроссели блоков управления.
Над ними размешаются ремонтный разъединитель Q, клеммники постоянного и
переменного тока, разъемы для параллельной работы и входящие в комплект
запасных частей кронштейны и планки для укрепления шип переменного тока.
Спереди шкаф закрывается внизу двумя съемными заглушками, а вверху - двумя дверьми со специальными замками. Над левой дверью шкафа установлена откидная панель сигнализации с сигнальными лампочками, тумблером, рукояткой ремонтного разъединителя Q. Над правой - откидная панель с измерительными приборами. Сзади ВУТ закрывается шестью съемными заглушками.
[pic]
Рис.2.2. Допускаемые действующие значения переменных составляющих
напряжения питания 60 В.
3. Управляемые выпрямители на тринисторах.
Широкое применение тринисторов объясняется их следующими преимуществами
по сравнению с тиратронами:
1) большей экономичностью из-за отсутствия накала и малого падения
напряжения (около 2 В) в проводящем состоянии;
2) меньшим временем перехода тринистора в непроводящее состояние (т. е.
меньшим временем восстановления), что уменьшает вероятность пробоя;
3) меньшей мощностью управления. Схемы управляемых выпрямителей на
тринисторах и на тиратронах аналогичны. Силовой трансформатор (рис. 3.1, а)
имеет две вторичные обмотки: основную или силовую 1 и управления 2. Угол (
регулируется с помощью фазосдвигающей цепи R1L, содержащей индуктивность в
виде дросселя насыщения. Изменяя индуктивность дросселя подмагничивающим
током, можно создавать сдвиг по [pic]
Рис. 3.1. Схема однополупериодного управляемого выпрямителя на тринисторе
(а), диаграммы напряжения и тока в его цепях (б)
фазе ( между напряжением u2 вторичной обмотки 1 и управляющим напряжением uу или током управления вторичной обмотки 2 iу (рис. 3.1,б). Отпирание тринистора происходит в тот момент, когда управляющее напряжение становится положительным, а запирание обеспечивается подачей отрицательного напряжения на анод тринистора во время отрицательной полуволны напряжения вторичной обмотки. Управляющее напряжение снимается с резистора R1 и подается между катодом и управляющим электродом тринистора. Резистор R2 служит для ограничения тока управляющего электрода.
Кривые напряжений и токов двухполупериодного управляемого выпрямителя
(рис. 3.2, а). Вторичная обмотка трансформатора TP2 имеет средний отвод, от
которого управляющее напряжение подается на тринистор T1. На второй
тринистор управляющее напряжение подается от точки соединения
фазосдвигающей цепи R3C. Угол ( регулируется реостатом R3. Диоды Д3, Д4
служат для замыкания цепей управления тринисторов. При положительном
полупериоде напряжения ток управляющего электрода тринистора Т1 проходит от
точки 3 по резистору R1, тринистору Т1, диоду, Д4 и резистору R3 к точке 1.
В следующий полупериод открывается тринистор Т2, и его ток управления
проходит через диод Д3.
В однофазной мостовой схеме выпрямления ток нагрузки протекает
одновременно через два включенных последовательно вентиля, поэтому, чтобы
регулировать выпрямленное напряжение, достаточно включить два тринистора.
На входе индуктивно-емкостного сглаживающего фильтра ставится обратный диод
Д5(нулевой), который за счет ЭДС самоиндукции дросселя при запирании
тринистора замыкает цепь нагрузки. В результате этого уменьшаются пульсации
выпрямленного напряжения и повышается cos (. В маломощных выпрямителях
нулевой диод можно не применять.
Рис. 3.2. Мостовая однофазная схема выпрямителя.
3.1. Тиристоры.
Тиристором называется электропреобразовательный полупроводниковый прибор с тремя или более p-п-переходами, используемый для переключения, в вольт-амперной характеристике которого имеется участок отрицательного дифференциального сопротивления.
Простейшим тиристором является динистор - неуправляемый переключающий
диод, представляющий собой четырехслойную структуру типа р-п-р-п (рис. 3.3,
а). Здесь, как и у других типов тиристоров, крайние n-p-n-переходы
называются эмиттерными, а средний p-n-переход - коллекторным. Внутренние
области структуры, лежащие между переходами, называются базами. Электрод,
обеспечивающий электрическую связь с внешней n-областью, называется
катодом, а с внешней p-областью - анодом. При включении динистора по схеме,
приведенной на рис. 3.3,а, коллекторный p-n-переход закрыт, а эмиттерные
переходы открыты. Сопротивления открытых переходов малы, поэтому почти все
напряжение источника питания приложено к коллекторному переходу, имеющему
высокое сопротивление. В этом случае через тиристор протекает малый ток
(участок 7 на рис. 3.3, а).
Если увеличивать напряжение источника питания, ток тиристора
увеличивается незначительно, пока это напряжение не приблизится к
некоторому критическому значению, равному напряжению 1 включения ивкл. При
напряжении ивкл в динисторе создаются условия для лавинного размножения
носителей заряда в области коллекторного перехода. Происходит обратимый
электрический пробой коллекторного перехода (участок 2 на рис. 3.3,б). В n-
области коллекторного перехода образуется избыточная концентрация
электронов, а в p-области - избыточная концентрация дырок. С увеличением
этих концентраций снижаются потенциальные барьеры всех переходов динистора.
Возрастает инжекция носителей через эмиттерные переходы. Процесс носит
лавинообразный характер и сопровождается переключением коллекторного
перехода в открытое состояние. Рост тока происходит одновременно с
уменьшением сопротивлений всех областей прибора. Поэтому увеличение тока
через прибор сопровождается уменьшением напряжения между анодом и катодом.
На ВАХ этот участок обозначен цифрой 3. Здесь прибор обладает отрицательным
дифференциальным сопротивлением. Напряжение на резисторе возрастает и
происходит переключение динистора.
После перехода коллекторного перехода в открытое состояние ВАХ имеет
вид, соответствующий прямой ветви диода (участок 4). После переключения
напряжение на динисторе снижается до 1 В. Если и дальше увеличивать
напряжение источника питания или уменьшать сопротивление резистора R, то
будет наблюдаться рост выходного тока, как в обычной схеме с диодом при
прямом включении.
[pic]
Рис.3.3, Рис.3.4 Схемы включения тиристоров и их вольт-амперные характеристики.
При уменьшении напряжения источника питания восстанавливается высокое сопротивление коллекторного перехода. Время восстановления сопротивления этого перехода может составлять десятки микросекунд.
Напряжение Uвкл при котором начинается лавинообразное нарастание тока,
может быть снижено введением не основных носителей заряда в любой из слоев,
прилегающих к коллекторному переходу. Дополнительные носители заряда
вводятся в тиристоре вспомогательным электродом, питаемым от независимого
источника управляющего напряжения (Uупр). Тиристор со вспомогательным
управляющим электродом называется триод-ным, или тринисторным. Схема
включения тринистора показана на рис. 3.4. Возможность снижения напряжения
U при росте тока управления, показывает семейство ВАХ.
Если к тиристору приложить напряжение питания, противоположной полярности
(рис. 3.4), то эмиттерные переходы окажутся закрытыми. В этом случае ВАХ
тиристора напоминает обратную ветвь характеристики обычного диода. При
очень больших обратных напряжениях наблюдается необратимый пробой
тиристора.
В отличие от рассмотренных несимметричных тиристоров в симметричных
обратная ветвь ВАХ имеет вид прямой ветви. Это достигается встречно-
параллельным включением двух одинаковых четырехслойных структур или
применением пятислойных структур с четырьмя p-n-переходами.
Тиристоры имеют широкий диапазон применений (управляемые выпрямители,
генераторы импульсов и др.), выпускаются с рабочими токами от долей ампера
до тысяч ампер и с напряжениями включения от единиц до тысяч вольт.
Регулировка выходного напряжения выпрямителя может осуществляться разными
способами. Регулируемый трансформатор или автотрансформатор, включенный в
схему выпрямителя, дает возможность изменять амплитуду переменного
напряжения, подводимого к вентилям, и тем самым устанавливать желаемое
выпрямленное напряжение.
Однако такие трансформаторы громоздки и имеют малую надежность из-за
переключаемых или скользящих контактов.
Регулировка постоянного напряжения на нагрузке, достигаемая делителем
напряжения или реостатом, включенным между выходом выпрямителя и нагрузкой,
связана с большими потерями мощности.
Свободным от этих недостатков является метод, основанный на управлении
вентилями выпрямителя. В качестве управляемых вентилей в настоящее время
широко применяют тиристоры.
