Защита полупроводниковых вентилей от внутренних перенапряжений.

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 4

Большинство преобразовательных установок, широко применяемых в различных отраслях народного хозяйства, выполняется на силовых кремниевых вентилях. Обеспечение высокой надежности, бесперебойной и долговременной работы выдвигает повышенные требования к их защите.
Во время эксплуатации преобразователей возникают как технологические перегрузки, так и аварийные режимы, которые сопровождаются прохождением через вентили токов, недопустимых по значению и длительности.

Для защиты от внутренних перенапряжений, возникающих в момент закрывания вентилей, применяют демпфирующие RС-цепочки из последовательно соединенных конденсатора С и резистора R, включаемых параллельно вентилям. В момент закрытия диода или тиристора обратный ток коммутируется из цепи вентиля в RС-цепочку. Заряд емкости при этом носит колебательный характер, что способствует более быстрому рассеиванию основных носителей зарядов р-n-переходов, поэтому ускоряется процесс запирания вентилей, что приводит к уменьшению коммутационных перенапряжений и способствует выравниванию времени закрывания тиристоров, а этот фактор играет существенную роль в реверсивных ТП, работающих на якорь двигатели постоянного тока, так как устраняется перегрузка тиристоров с большим значением.

Вопросы к экзамену

21. Применение полупроводниковых выпрямителей в промышленности?

22. Основные технические характеристики современных выпрямителей применяемых на тяговых подстанциях ГЭТ?

23. Защита полупроводниковых вентилей от внутренних перенапряжений?

ЛЕКЦИЯ 8. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ИНВЕРТОРЫ

План лекции:

1. Инверторы ведомые сетью.

2. Автономные инверторы.

3. Область применения инверторов.

Инверторы ведомые сетью.

Инвертированием называется процесс преобразования энергии постоянного тока в энергию переменного тока, т.е. процесс обратный выпрямлению. Ведомые сетью (зависимые) инверторы осуществляют такое преобразование с передачей энергии в сеть переменного тока.

Условия передачи потока электроэнергиив инверторном режиме: в источнике направление ЭДС и тока совпадают, а в приемнике они направлены в противоположные стороны.

Инверторы выполняют по тем же схемам, что и управляемые выпрямители. Рассмотрим принцип инвертирования на примере инвертора с нулевым выводом (рис.8.1, а) при следующих допущениях:

· индуктивность цепи выпрямленного тока L = ∞, в этом случае форма тока абсолютно сглажена;

· ЭДС электрической машины (ЭМ) превышает ЭДС вторичных обмоток трансформатора (Е_эм > е₂₁(е₂₂).

Временной интервал 1-2:

Тиристор V1 открыт при отрицательной полярности напряжения обмотки 21 так как к катоду приложено отрицательное напряжение от генератора и при Е_ЭМ > и₂₁ потенциал анода больше потенциала катода. Тиристор V2 закрыт.

При открытом тиристоре V1 и закрытом V2 ток ЭМ i_d протекает по пути (+ ЭМ) – (L) – (обмотка 21) – (V1) –- (- ЭМ). При этомток через обмотку 21 и ЭДС обмотки имеют встречное направление – обмотка 21 приемник электроэнергии.

Ток ЭМ и ЭДС направлены одинаково – электрическая машина источник электроэнергии (генератор).

Рис.8.1. Инвертирование тока в инверторе с нулевым выводом

Временной интервал 2-3-4:

В точке 2 подается отпирающий импульс с углом управления α =π -β , на тиристор V2 потенциал анода которого больше потенциала катода. Тиристор V2 открывается. При этом к тиристору V1 прикладывается обратное напряжение со всей вторичной обмотки (плюс на катод, минус на анод), что приводит к запиранию тиристора V1.

Тиристор V2 остается открытым и при отрицательной полярности напряжения обмотки 22 так как к катоду приложено отрицательное напряжение от ЭМ и при Е_ЭМ > и₂₂ потенциал анода больше потенциала катода.

При открытом тиристоре V2 и закрытом V1 ток ЭМ i_d протекает по пути (+ ЭМ) – (L) – (обмотка 22) – (V2) –- (- ЭМ). При этомток через обмотку 22 и ЭДС обмотки имеют встречное направление – обмотка 22 приемник электроэнергии.

Тиристор V2 отпирается при угле управления π – β. За временный интервал 2-3 тиристор V1 должны успеть восстановить свои запирающие свойства. В противном случае позже точки 3 на аноде тиристора V1 появится положительный потенциал и его закрыть будет уже невозможно. Это, в свою очередь, создаст короткозамкнутую цепь с последовательно включенными вторичными обмотками трансформатора и источником постоянного тока (ЭМ). Указанное явление называют срывом инвертирования или опрокидыванием инвертора. Угол β называется углом опережения инвертора.

Далее процессы повторяются.

Запирание проводившего тиристора, при отпирании очередного тиристора осуществляется под действием обратного напряжения, создаваемого напряжением сети со стороны вторичных обмоток трансформатора. Этим, в основном, и обусловлено название «ведомый сетью» (или зависимый) инвертор.

Напряжение и ток первичной обмотки трансформатора приведены на рис.8.1, в. На временных интервалах 1-2, 3-4, 5-6 и т.д. они находятся в противофазе, следовательно, на этих интервалах сеть переменного тока является приемником электроэнергии.

На временных интервалах 2-3, 4-5 и т. д. оба источника ЭДС работают как генераторы, электрическая энергия которых преобразуется в энергию магнитного поля индуктивности L.

Автономные инверторы.

Автономный инвертор – устройство, преобразующее постоянное напряжение (ток) в переменное напряжение (ток) с неизменной или регулируемой частотой и работающее на автономную (не связанную с сетью) нагрузку.

По характеру электромагнитных процессов, протекающих в схемах автономных инверторов, все схемы подразделяют следующим образом: автономные инверторы напряжения (АИН); автономные инверторы тока (АИТ); автономные резонансные инверторы (АРИ).

При реализации схем АИ важным (основополагающим) фактором является организация связи между источником питания и нагрузкой с помощью электронных ключей. Такая связь должна обеспечить двухполярную импульсную форму тока или напряжения на выходе инвертора. На рис. 8.2 представлена упрощенная схема, объясняющая принцип получения знакопеременного напряжения на нагрузке инвертора.

Из рис. 8.2видно, что при периодическом замыкании и размыкании попарно ключей К1, К3 и К2, К4 к нагрузке Rн прикладывается напряжение источника питания (постоянное напряжение ±Ed), но с разной полярностью.

Рис.8.2. Принцип получения знакопеременного напряжения на нагрузке инвертора

В АИН источник питания работает в режиме источника напряжения, обладающего малым внутренним сопротивлением. Для этого параллельно источнику питания включается конденсатор большой емкости, который практически исключает пульсации напряжения при коммутации тиристоров (рис. 8.3, а). При этом напряжение, формируемое на нагрузке имеет прямоугольную форму, а форма кривой тока близка к синусоидальной и зависит от параметров нагрузки (рис. 8.3, б).

Рис. 8.3. Упрощенные схемы и временные диаграммы автономных инверторов

АИТ работают в режиме источника тока, что достигается включением в электрическую цепь дросселя с большой индуктивностью (рис. 8.3, в). При этом ток, формируемый в нагрузке имеет прямоугольную форму, а напряжение близко к синусоидальному и зависит от параметров нагрузки (рис. 8.3, г).

В АИР нагрузка, имеющая, как правило, значительную индуктивность, образует с реактивными элементами инвертора колебательный контур, в котором наблюдается резонанс напряжений (рис. 8.3, д). Они имеют близкие к синусоидальной форме кривые напряжения и тока в нагрузке (рис. 8.3, е), то есть резонансные инверторы могут работать в режимах источника напряжения или источника тока.

⇐ Предыдущая 1 2 34