Внедрение в промышленность современных средств автоматизации и управления

ВВЕДЕНИЕ

Широкое внедрение в промышленность современных средств автоматизации и управления невозможно без использования достижений в области полупроводниковой техники. В настоящее время в промышленности на долю регулируемого электропривода, выполненного на основе вентильных преобразователей, приходится около 60% потребляемой электроэнергии.

Вентильными преобразователями (ВП) называются статические электромагнитные установки, которые преобразуют электрическую энергию одного вида в электрическую энергию другого вида при помощи периодически повторяющихся процессов коммутации тока, протекающего через вентили этих установок.

В настоящем учебном пособии рассматриваются методика и примеры расчета параметров основных элементов и основных характеристик ВП, преобразующих энергию переменного тока в энергию постоянного тока, которые могут использоваться в качестве источников питания в системах автоматизированного вентильного электропривода постоянного тока.

Глава 1. Силовые схемы вентильных преобразователей переменного тока в постоянный и расчет их основных параметров и характеристик

1.1. Назначение основных элементов и классификация вентильных преобразователей переменного тока в постоянный

Процесс преобразования переменного тока в постоянный называется выпрямлением, а ВП переменного тока в постоянный - выпрямителями.

Для получения на выходе выпрямителя постоянной составляющей тока, которой не было на входе, применяют нелинейные элементы - вентили, обладающие практически односторонней проводимостыо и преобразующие переменный ток сети в пульсирующий ток нагрузки.

В ВП для электромеханических систем в качестве вентильных элементов наиболее часто используются управляемые вентили - тиристоры, позволяющие с помощью системы импульсно-фазового управления (СИФУ) посредством задержки во времени моментов отпирания тиристоров плавно и в широком диапазоне регулировать значение выпрямленного напряжения.

В большинстве случаев при непосредственном подключении вентилей к сети переменного тока не обеспечивается заданного значения напряжения, необходимого потребителю. Поэтому обычно выпрямители снабжаются силовым трансформатором, в функции которого входит согласование напряжений питающей сети и потребителя, гальваническая развязка потребителя с питающей сетью и ограничение темпа нарастания и значений тонов в аварийных режимах.

Вентили, входящие в выпрямитель, образуют вентильный комплект, состоящий из вентильных групп, которые, в свою очередь, состоят из вентильных плеч. Например, в приведенной на рис.1.1 схеме вентильный комплект состоит из шести вентилей, образующих две группы: группу с объединенными катодами (ОК), вентили которой обозначены , ,  и группу с объединенными анодами (ОА), вентили , , .

Выпрямители, питающиеся от одной фазы сети, называются выпрямителями однофазного тока, а питающиеся от трех фаз сети - выпрямителями трехфазного тока. Число фаз сети, питающих первичную обмотку трансформатора, обозначают .

В зависимости от конструкции силового трансформатора число фаз  его вторичной обмотки может быть больше или равно . По числу фаз  наиболее часто встречаются одно-, двух-, трех-, шести- и двенадцатифазные системы.

Вторичная обмотка трансформатора и принадлежащие ей одна или несколько вентильных групп образуют выпрямительную секцию.

Количество импульсов в выпрямленном токе , протекающем через потребитель за период напряжения сети, называется пульсностыо и обозначается . Сообразно с этим схемы могут быть одно-, двух-, или многопульсационные.

Сами схемы могут быть однотактные (нулевые, использующие нулевой провод вторичной обмотки силового трансформатора) и двухтактные (мостовые).

Признаком однотактной схемы является одинаковое количество вентильных групп и вторичных обмоток трансформатора (рис 1.2, 1.3). Число вентильных плеч в таких схемах равно числу фаз вторичной обмотки трансформатора. Ток  в каждой фазе вторичной обмотки протекает только в течение одного полупериода (всего или его части) ее ЭДС, т.е. один такт.

Однотактные схемы в зависимости от количества вторичных обмоток и схемы их соединения делятся на однополупериодные и двухполупериодные. В однополупериодной схеме на каждом стержне трансформатора размещается одна фаза первичной и одна фаза вторичной обмотки (рис. 1.3). Фазный ток  в первичной обмотке определяется магнитным потоком, созданным током в соответствующей фазе вторичной обмотки. Для выпрямления в однополупериодных схемах используется только один полупериод первичной ЭДС . В двухполупериодных схемах на каждом стержне трансформатора обычно размещается одна фаза первичной и две фазы вторичной обмотки (рис.1.2). Фазные токи фаз вторичных обмоток, расположенных на одном стержне, имеют встречное направление. Фазный ток в первичной обмотке определяется результирующим действием токов фаз вторичных обмоток. Для выпрямления в двухполупериодных схемах используются два полупериода ЭДС .