사이리스터 DC/DC 컨버터

사이리스터 DC/DC 컨버터(DC)는 출력 매개변수(전류 및 전압)의 주어진 법칙에 따라 조절하여 교류를 직류로 변환하는 장치입니다. 사이리스터 변환기는 모터의 전기자 회로와 계자 권선에 전원을 공급하도록 설계되었습니다.

사이리스터 변환기는 다음과 같은 기본 단위로 구성됩니다.

• AC 측의 변압기 또는 전류 제한 리액터,

• 정류기 블록,

• 평활 원자로,

• 제어, 보호 및 신호 시스템의 요소.

변압기는 변환기의 입력 및 출력 전압을 일치시키고 (전류 제한 리액터와 마찬가지로) 입력 회로의 단락 전류를 제한합니다. 평활 리액터는 정류된 전압과 전류의 리플을 평활화하도록 설계되었습니다. 부하 인덕턴스가 특정 제한 내에서 리플을 제한하기에 충분한 경우 리액터는 제공되지 않습니다.

사이리스터 DC-DC 컨버터를 사용하면 로터리 컨버터를 사용할 때와 거의 동일한 전기 구동 특성을 실현할 수 있습니다. 발전기 모터 시스템 (D - D) 즉, 넓은 범위에 걸쳐 엔진의 속도와 토크를 조정하여 특별한 기계적 특성과 시동, 정지, 후진 등을 할 때 원하는 과도 특성을 얻습니다.

그러나 회전식 정적 변환기와 비교할 때 여러 가지 알려진 장점이 있으며 이것이 크레인 전기 드라이브의 새로운 개발에서 정적 변환기가 선호되는 이유입니다. 사이리스터 DC-DC 변환기는 50-100kW 이상의 전력을 가진 크레인 메커니즘의 전기 드라이브와 정적 및 동적 모드에서 드라이브의 특수한 특성을 얻는 데 필요한 메커니즘에 사용하기에 가장 유망합니다.

정류 방식, 변환기 전원 회로 구성 원리

사이리스터 변환기는 단상 및 다상으로 만들어집니다. 교정 회로… 기본 정류 방식에는 몇 가지 설계 비율이 있습니다. 이러한 계획 중 하나가 그림에 나와 있습니다. 1, 아. 제어 각도 α를 변경하여 생성되는 전압 Va 및 전류 Ia의 조정... 그림에서. 1, b-e, 예를 들어 능동 유도 부하가 있는 3상 제로 정류 회로에서 전류 및 전압 변화의 특성이 표시됩니다.

쌀. 1. 3상 중성 회로(a) 및 정류기(b, c) 및 인버터(d, e) 모드의 전류 및 전압 변화 다이어그램.

다이어그램 γ(스위칭 각도)에 표시된 각도는 전류가 두 개의 사이리스터를 통해 동시에 흐르는 시간을 나타냅니다. 조정 각도 α에 대한 조정 전압 Вa의 평균값의 의존성을 제어 특성이라고 합니다.

중성 회로의 경우 평균 정류 전압은 다음 식으로 제공됩니다.

여기서 m - 변압기의 2차 권선의 위상 수 U2f는 변압기 2차 권선의 위상 전압 실효값입니다.

브리지 회로의 경우 Udo가 2배 더 높습니다. 이러한 회로는 두 개의 제로 회로의 직렬 연결과 동일하기 때문입니다.

일반적으로 단상 보정 회로는 유도 저항이 상대적으로 큰 회로에서 사용되며 모터의 독립 여자 권선 회로와 저전력 모터의 전기자 회로 (최대 10-15kW)입니다. 다상 회로는 주로 15-20kW 이상의 전력을 가진 모터의 전기자 회로를 주조하는 데 사용되며 계자 권선에 전원을 공급하는 경우는 적습니다. 단상에 비해 다상 정류기 회로에는 여러 가지 장점이 있습니다. 주요 사항은 정류 된 전압 및 전류의 낮은 맥동, 변압기 및 사이리스터의 더 나은 사용, 공급 네트워크 위상의 대칭 부하입니다.

20kW 이상의 전력을 가진 크레인 구동용 사이리스터 DC-DC 컨버터에서 삼상 브리지 회로… 이것은 변압기와 사이리스터의 좋은 사용, 정류된 전압 및 전류의 낮은 리플 수준, 변압기 회로 및 설계의 단순성 때문입니다.3 상 브리지 회로의 잘 알려진 장점은 변압기 연결이 아니라 전류 제한 리액터로 만들 수 있다는 것입니다. 그 크기는 변압기의 크기보다 훨씬 작습니다.

3상 중성선 회로에서 일반적으로 사용되는 연결 그룹 D/D 및 Δ/Y와 함께 변압기를 사용하는 조건은 일정한 플럭스 성분으로 인해 더 나쁩니다. 이로 인해 자기 회로의 단면적이 증가하고 그에 따라 변압기의 설계 전력이 증가합니다. 플럭스의 일정한 구성 요소를 제거하기 위해 변압기의 2 차 권선을 지그재그로 연결하여 설계 전력을 다소 증가시킵니다. 위에서 언급한 단점과 함께 정류 전압의 증가된 레벨, 리플은 3상 중성 회로의 사용을 제한합니다.

6상 리액터 회로는 3상 브리지 회로에서와 같이 2개의 다이오드를 통해 직렬로 흐르는 것이 아니라 부하 전류가 병렬로 흐르기 때문에 저전압 및 고전류에 사용할 경우 6상 리액터 회로를 권장합니다. 이 회로의 단점은 보정된 정격 전력의 약 70%의 일반 전력을 갖는 평활 리액터가 있다는 것입니다. 또한 6상 회로에는 다소 복잡한 변압기 설계가 사용됩니다.

사이리스터 기반 정류기 회로는 정류기와 인버터의 두 가지 모드에서 작동합니다. 인버터 모드에서 작동할 때 부하 회로의 에너지는 공급 네트워크, 즉 정류기 모드와 반대 방향으로 전송되므로 반전 시 전류와 e. 등. c. 변압기의 권선은 반대 방향으로 향하고 곧게 펴질 때 - 일치합니다.반전 모드의 전류 소스는 e입니다. 등. c. 인버터 전압을 초과해야 하는 부하(DC 기계, 인덕턴스).

정류기 모드에서 인버터 모드로의 사이리스터 변환기의 전환은 e의 극성을 변경하여 이루어집니다. 등. c. 유도 부하로 π/2 이상으로 부하 및 각도 α를 증가시킵니다.

쌀. 2. 밸브 그룹을 켜기 위한 역병렬 회로. UR1 — UR4 — 레벨링 원자로; RT - 전류 제한 리액터; CP — 평활 원자로.

쌀. 3. 모터의 여자 권선 회로에 대한 비가역 TP 방식. 반전 모드를 보장하려면 다음 폐쇄 사이리스터가 음의 전압, 즉 각도 φ(그림 1, c)에 있는 동안 차단 특성을 복원할 시간이 있어야 합니다.

이것이 발생하지 않으면 폐쇄 사이리스터가 순방향 전압이 적용될 때 다시 열릴 수 있습니다. 이로 인해 인버터가 전복되어 비상 전류가 발생합니다. 등. c. DC 기계와 변압기는 방향이 일치합니다. 롤오버를 방지하려면 조건이 필요합니다.

여기서 δ - 사이리스터의 잠금 특성 복원 각도; β = π — α 이것은 인버터의 리드각입니다.

모터의 전기자 회로에 전원을 공급하기 위한 사이리스터 변환기의 전원 회로는 비가역(사이리스터 정류기 그룹 1개) 및 가역(정류기 그룹 2개) 버전으로 만들어집니다. 단방향 전도를 제공하는 비가역 버전의 사이리스터 변환기는 모터 토크의 한 방향에서만 모터 및 발전기 모드에서 작동할 수 있습니다.

모멘트의 방향을 바꾸려면 계자속 상수의 방향으로 전기자 전류의 방향을 바꾸거나 전기자 전류의 방향을 유지하면서 계자속의 방향을 바꿔야 한다.

반전 사이리스터 변환기에는 여러 유형의 전력 회로도가 있습니다. 가장 일반적인 방식은 변압기의 2차 권선 하나에 두 그룹의 밸브를 역병렬로 연결하는 방식입니다(그림 2). 이러한 방식은 RT 리액터의 양극 전류 제한기를 통해 공통 교류 네트워크에서 사이리스터 그룹을 공급함으로써 별도의 변압기 없이 구현할 수 있습니다. 리액터 버전으로 전환하면 사이리스터 변환기의 크기가 크게 줄어들고 비용이 절감됩니다.

모터 필드의 권선 회로용 사이리스터 컨버터는 주로 비가역 구조로 만들어집니다. 무화과에서. 도 3a는 사용된 정류기 스위칭 회로 중 하나를 도시한다. 이 회로를 사용하면 모터의 여기 전류를 광범위하게 변경할 수 있습니다. 전류의 최소값은 사이리스터 T1 및 T2가 닫힐 때 발생하고 최대값은 열릴 때 발생합니다. 무화과에서. 그림 3, b, d는 사이리스터의 두 상태에 대한 정류 전압의 변화 특성을 보여줍니다. 3, 조건에 대한 경우

사이리스터 변환기를 반전시키는 제어 방법

반전 사이리스터 변환기에는 밸브 그룹을 제어하는 ​​두 가지 주요 방법인 조인트와 분리가 있습니다. 반면에 공동 관리는 일관되고 비일관적으로 이루어집니다.

조정된 제어로 슈팅 펄스 사이리스터 두 그룹의 보정 전압의 평균값이 서로 같도록 두 그룹의 밸브에 적용됩니다. 이것은 조건으로 제공됩니다

여기서 av 및 ai - 정류기 및 인버터 그룹의 조정 각도. 일관성 없는 제어의 경우 인버터 그룹의 평균 전압이 정류기 그룹의 전압을 초과합니다. 이는 다음과 같은 조건 하에서 달성됩니다.

공동 제어가 있는 그룹 전압의 순간 값은 항상 서로 동일하지 않으며, 그 결과 사이리스터 그룹과 변압기 권선에 의해 형성된 폐쇄 루프(또는 회로)에서 등화 전류가 흐르는 등화 리액터를 제한합니다. UR1-UR4는 사이리스터 변환기에 포함됩니다(그림 1 참조).

리액터는 그룹당 하나 또는 두 개의 등화 전류 루프에 연결되며 등화 전류가 정격 부하 전류의 10%를 초과하지 않도록 인덕턴스가 선택됩니다. 전류 제한 리액터가 켜지면 그룹당 2개가 부하 전류가 흐를 때 포화됩니다. 예를 들어, 그룹 B 작동 중에 리액터 UR1 및 UR2는 포화되는 반면 리액터 URZ 및 UR4는 불포화 상태를 유지하고 등화 전류를 제한합니다. 리액터가 켜져 있으면 그룹당 하나씩(UR1 및 URZ) 페이로드가 흐를 때 포화되지 않습니다.

일관되지 않은 제어를 사용하는 변환기는 조정 제어보다 리액터 크기가 작습니다.그러나 제어가 일관적이지 않으면 허용 제어각의 범위가 줄어들어 변압기의 사용불량 및 설비의 역률 저하와 동시에 제어의 선형성 및 전기기기의 속도 특성이 저하된다. 드라이브가 위반되었습니다. 등화 전류를 완전히 제거하기 위해 밸브 그룹을 별도로 제어합니다.

별도의 제어는 제어 펄스가 현재 작동해야 하는 그룹에만 적용된다는 사실에 있습니다. 유휴 그룹의 밸브에는 제어 펄스가 공급되지 않습니다. 사이리스터 변환기의 작동 모드를 변경하기 위해 사이리스터 변환기의 전류가 0일 때 먼저 이전 작업 그룹에서 제어 펄스를 제거한 다음 잠시 멈춘 후 특수 스위칭 장치가 사용됩니다(5- 10ms), 다른 그룹에 제어 펄스를 보냅니다.

별도의 제어를 사용하면 별도의 밸브 그룹 회로에 등화 리액터를 포함 할 필요가 없으며 변압기를 완전히 사용할 수 있으며 인버터 모드에서 사이리스터 변환기의 작동 시간 감소로 인해 인버터가 뒤집힐 확률은 감소, 에너지 손실이 감소하고 이에 따라 등화 전류가 없기 때문에 전기 드라이브의 효율이 증가합니다. 그러나 개별 제어는 제어 펄스를 차단하기 위한 장치의 신뢰성에 대한 요구가 높습니다.

이 경우 그룹 간의 균등화 전류는 변압기의 리액턴스에 의해서만 제한되기 때문에 차단 장치 작동의 오작동 및 작동하지 않는 사이리스터 그룹의 제어 펄스 출현은 사이리스터 변환기의 내부 단락으로 이어집니다. 감당할 수 없을 정도로 큰 값에 도달합니다.