Тиристорные преобразователи: Тиристорный преобразователь как средство модернизации однофазных печей

Тиристорные преобразователи частоты — ООО «Термолит»ООО «Термолит»

Тиристорные преобразователи частоты

Тиристорные преобразователи частоты предназначены для преобразования трехфазного тока промышленной частоты в переменный ток средней частоты и применяются для питания индукционных плавильных печей, нагревательных и закалочных установок.

Основное преимущество тиристорных преобразователей перед электромашинными состоит в том, что за счет высокого коэффициента полезного действия (КПД) и отсутствия потерь холостого хода снижается потребляемая мощность от сети и снижаются эксплуатационные расходы. Большие преимущества ТПЧ в их регулировочных свойствах. Регулирование выходных параметров и мощности осуществляется без переключения в силовых цепях, что позволяет обходится без громоздких коммутирующих устройств.

По вопросам приобретения оборудования, обращайтесь в отдел маркетинга ООО «Термолит»

Тел.

/Ф.: (0619) 42-40-12; 42-02-19; 42-03-14

Моб.: +3(095)040-75-17; +3(098)63-502-63;

E-mail:  [email protected];

 

Устройство ТПЧ

Тиристорный преобразователь частоты включает в себя:

• автоматический выключатель;
• выпрямитель, собранный по трехфазной мостовой схеме;
• реактор, обеспечивающий режим непрерывного тока;
• инвертор – для преобразования постоянного тока в однофазный ток средней частоты.
• Сглаживающие реакторы предназначаются для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения и тока.

Также в комплект поставки входит пульт управления и сигнализации. Разработанный согласно технического задания заказчика.

 

Преимущества тиристорных преобразователей

ТПЧ получили очень широкое применение благодаря своим многочисленным достоинствам. Главное преимущество тиристорных преобразователей в сравнении с электромашинными заключается в том, что за счет высокого КПД, а также отсутствия потерь холостого хода, идет тенденция снижения потребления мощности от сети, и при этом снижаются расходы на эксплуатацию.

Также большое преимущество тиристорных преобразователей частоты в их свойствах регулировки. Регулирование выходных параметров и мощности возможно осуществить без переключения в силовых цепях. Это позволяет обходится без больших коммутирующих устройств.

Перед тем, как принять решение купить преобразователь частоты, надо ознакомиться с его преимуществами, а именно:

• качественная элементная база Европейских производителей;
• высокая надежность и долговечность;
• простота и удобство в эксплуатации;
• высокий КПД 93-95%;
• высокая устойчивость к короткому замыканию в нагрузке;
• способность выдерживать мощные импульсные перенапряжения на входе;
• внутренняя самодиагностика и защита всех силовых элементов;
• дистанционное управление и регулирование с пульта ДПУ;
• цифровое отображения параметров преобразователя;
• охлаждение ТПЧ водяное двухконтурное с теплообменником;
• возможность адаптации к существующему оборудованию;
• легко перенастраиваемые параметры;
• индивидуальная доработка по требованию Заказчика;
• оперативная поставка комплектующих и запасных частей;
• гарантийное и сервисное обслуживание;
• обучение персонала заказчика;
• замена морально устаревших машинных генераторов на ТПЧ.

Технические характеристики

Тип преобразователя	Мощность, кВт	Рабочая частота, кГц	Напряжение питающей сети, В	Выходное напряжение, В
ТПЧ-100-2,4	100	2,4	380	800
ТПЧ-100-8,0	100	8,0	380	800
ТПЧ-160-1,0	160	1,0	380	800
ТПЧ-160-2,4	160	2,4	380	800
ТПЧ-160-8,0	160	8,0	380	800
ТПЧ-250-1,0	250	1,0	380	800
ТПЧ-250-2,4	250	2,4	380	800
ТПЧ-250-8,0	250	8,0	380	800
ТПЧ-350-0,5	350	0,5	380	800
ТПЧ-350-1,0	350	1,0	380	800
ТПЧ-350-2,4	350	2,4	380	800
ТПЧ-400-0,5	400	0,5	380	800
ТПЧ-400-1,0	400	1,0	380	800
ТПЧ-400-2,4	400	2,4	380	800
ТПЧ-500-0,5	500	0,5	380	800
ТПЧ-500-1,0	500	1,0	380	800
ТПЧ-500-2,4	500	2,4	380	800
ТПЧ-650-0,5	650	0,5	380	800
ТПЧ-650-1,0	650	1,0	380	800
ТПЧ-650-2,4	650	2,4	380	800
ТПЧ-800-0,5	800	0,5	570	1000
ТПЧ-800-1,0	800	1,0	380/570	800/1000
ТПЧ-1200-0,5	1200	0,5	570	1000
ТПЧ-1200-1,0	1200	1,0	570	1000
ТПЧ-1600-0,5	1600	0,5	900	1800
ТПЧ-1600-1,0	1600	1,0	900	1800
ТПЧ-2000-0,5	2000	0,5	900	1800

 

Почему стоит купить преобразователь частоты в ООО «Термолит»

На сегодняшний день «Термолит» является лидером как на отечественном, так и на зарубежном рынке индукционного оборудования. Поставки осуществляются в Россию, Беларусь, Польшу, Эстонию, Германию, Израиль и многие другие страны.

Предприятие «Термолит» выпускает большой ассортимент современного индукционного оборудования, в частности тиристорные преобразователи частоты серии ТПЧ различной мощности.

Комплектность поставки: шкаф ТПЧ и эксплуатационные документы. Также за дополнительную стоимость могут быть поставлены: сменные резервные блоки управления, комплект ремонтный ЗИП, пульт дистанционного управления. Предназначение сменных резервных блоков: уменьшение времени на восстановление работоспособности в случае неполадок в системе управления ТПЧ, а также сокращение времени переналадки при работе одного ТПЧ на различные нагрузки поочередно.

Предприятие «Термолит» сегодня – это:

• доступные цены от производителя;
• исполнение заказа в минимальные сроки;
• качество выпускаемого оборудования на самом высоком уровне;
• возможность индивидуальной разработки оборудования по требованию заказчика;
• надежность и долговечность продукции.

Для того, чтобы купить преобразователь частоты по приемлемой цене, обращайтесь в «Термолит». Вы совершите покупку качественного оборудования непосредственно у производителя, без переплат посредникам. Предприятие обеспечивает гарантийное обслуживание, а также постгарантийное на взаимовыгодных условиях с заказчиком.

 

 

Тиристорный преобразователь Математическое описание

Тиристорный преобразователь для двигателей постоянного тока

Выпрямленная ЭДС тиристорного выпрямителя:

; ,

где: E2 – действующее значение фазной ЭДС вторичной обмотки; g = 1 – нулевая схема; g = 2 – мостовая схема.

Для нулевой трехфазной схемы Ed0 = 1,17Е2 , для мостовой трехфазной Еd0 = 2,34Е2.

Для СИФУ с синусоидальным опорным напряжением (электроприводы КТЭУ, ЭКТ) , КТП = Еd0/Uун .

Для СИФУ с линейным пилообразным опорным напряжением (электроприводы КТЭ, ТПП, ЭПУ1, ТЕР):

,

где UУН = 10 В, КТП = 0,157 Еd0

Тиристорный преобразователь, как элемент САР — существенно нелинейное дискретно работающее звено [22, 26]. Отметим основные особенности ТП:

1. Регулировочная характеристика Ud=f(UУ) при пилообразном опорном напряжении нелинейна (рис. 5.8.):

2. ТП управляется дискретно с периодом

(для мостовых схем).

3. ТП – это полууправляемый элемент. Очередной тиристор открывается при подаче на него управляющего импульса и потенциале на аноде, больше, чем на аноде работающего тиристора. Закрывается тиристор только при подаче на «анод-катод» отрицательного запирающего напряжения. Поэтому преобразователь переходит из выпрямительного в инверторный режим по синусоиде сети, обратно — сразу ( рис. 5.9 ).

4. В режиме прерывистого тока ТП меняет свою структуру:

4.1 . Индуктивность якорной цепи можно считать равной нулю, так как в среднем за период дискретности не происходит изменения электромагнитной энергии (сколько энергии запасается, столько и отдается)

4.2 . Эквивалентное активное сопротивление якорной цепи увеличивается, если не применяется реверсивный преобразователь со сканирующей логикой (рис. 5.10 ).

4.3 . Пропорциональная часть ПИ — РТ в режиме прерывистых токов не работает так как в момент формирования очередного импульса управления (отсчета угла a) тока якоря нет.

5. Временная задержка при переключении группы вентилей реверсивного преобразователя с раздельным управлением характеризуется как чистое запаздывание в пределах (0,5 ¸ 0,7мс).

6. Регулировочные характеристики реверсивных преобразователей имеют зону нечувствительности при переключении групп вентилей (см. рис. 5.10).

7. На вход СИФУ с датчиков тока, скорости и других источников поступают сигналы, имеющие импульсные помехи различной частоты.

Влияние дискретности и полууправляемости наиболее подробно рассмотрено в работах [22], [26]. Это влияние можно испытать практически. Если плавно повышать коэффициент усиления РТ, то вначале контур тока переходит в режим автоколебаний с малой частотой (субгармонические колебания). Затем при в контуре устанавливаются автоколебания с частотой, равной половине частоты дискретности работы тиристорного преобразователя. Реально дискретность работы можно учесть как среднестатистическое запаздывание на половину периода дискретности, затем запаздывание представить инерционным звеном:

, где τ = 0,0016 с.

Ошибка в такой замене наблюдается только правее частоты . На частоте ошибка составляет всего 1,5 дб по ЛАЧХ и 12 ° по ЛФЧХ.

Рис. 5.8. Нелинейность регулировочной характеристики ТП        Рис. 5.10. Нелинейность ТП в зоне прерывистых токов

Рис. 5.9. Полууправляемость ТП

Учитывая сильное влияние на ТП импульсных помех, на входе СИФУ устанавливают апериодический фильтр с постоянной времени Тф = 0,003 ÷ 0,005с В этом случае влияние дискретности и полууправляемости можно не учитывать.

Нелинейность регулировочной характеристики может быть скомпенсирована применением на входе СИФУ нелинейности с обратной характеристикой.

В режиме прерывистого тока нередко параметры регулятора тока перестраиваются, используя адаптивный регулятор тока. Иногда пропорциональная часть регулятора вообще отключается или коэффициент пропорциональной части увеличивается обратно пропорционально величине тока якоря.

В некоторых случаях в ТП используется дополнительный внутренний контур напряжения, подчиненный контуру тока.

Практический опыт показал допустимость представления тиристорного преобразователя апериодическим звеном с постоянной времени Ттп = 0,005 ÷ 0,01 с (в зависимости от требований к быстродействию).

Тиристорный преобразователь частоты Википедия

Тиристорный преобразователь частоты (ТПЧ) — серия тиристорных преобразователей частоты на базе автономного инвертора тока АИТ^[1][2][3][4], применяемых для индукционного нагрева металлов.

ТПЧ — это исторически сложившаяся аббревиатура, начиная с 1960-х годов в СССР, традиционно обозначающая серию тиристорных преобразователей частоты, применяемых в качестве источников питания для индукционного нагрева металлов. Аббревиатура ТПЧ закрепилась только для источников на базе АИТ^[1][2][3][4]. Серия ТПЧ в своем развитии насчитывает несколько поколений. Аббревиатура ТПЧ также иногда использовалась, но позднее, и значительно реже, для обозначения тиристорных преобразователей частоты для электропривода. Однако аббревиатура ТПЧ для обозначения приводных преобразователей не считается корректной, если вместе с аббревиатурой ТПЧ не упомянут электропривод. Для исключения двусмысленности в практике сложились распространенные названия для электропривода, отличительные от серии ТПЧ: Частотный преобразователь (электропривод), Частотно-регулируемый привод.

История развития

Обзор среднечастотных источников индукционного нагрева

Нагрузкой источника индукционного нагрева является индуктор — катушка, внутрь которой помещается металл. Индуцируемые в металле вихревые токи разогревают металл при минимуме отвода тепла в окружающую среду. Индукционный способ нагрева позволяет обеспечить высокую скорость нагрева, а также тонкое регулирование потока тепловой энергии и тем самым добиться экономичности, высокой точности и повторяемости промышленных технологических процессов. Индукционный нагрев используется в машиностроении и металлургической промышленности для плавки, ковки, штамповки, поверхностной и сквозной закалки, отжига, пайки резцов, высокочастотной сварки, а также для других специальных применений, где требуется нагрев металлов.

Требование к выходной частоте источника зависит от объёма и геометрии нагреваемого тела (участка). Требование к выходной мощности источника определяется заданной производительностью линии нагрева. Частота и мощность в общем случае независимые параметры. В металлургической промышленности чаще всего используется т. н. среднечастотный ряд частот 0.5, 1.0, 2.4, 4.0, 8.0, 10 кГц и диапазон мощностей от 100 кВт до 1600 кВт, чаще других используются мощности от 320 кВт до 800 кВт на частотах 0.5, 1.0 и 2.4 кГц. Для больших сталеплавильных печей, объёмом в десятки тонн, используются относительно низкие частоты 0.25 и 0.125 кГц при больших мощностях источника 5 МВт и выше. В машиностроительной и других отраслях промышленности используются повышенные и высокие частоты: 22; 44; 66; 100; 220; 500 кГц и т.  д. При высоких частотах реже используются мощности более 100 кВт, исключение — высокочастотная сварка, где высокая частота сочетая с большой мощностью.

Рис. 1: Базовая электрическая схема тиристорного преобразователя частоты (ТПЧ)

На Рис. 1 показана базовая схема тиристорного преобразователя частоты, имеющего двухзвенную структуру: выпрямитель преобразует сетевой ток (50 Гц) в постоянный ток в сглаживающем реакторе Ld{\displaystyle L_{d}}, инвертор преобразует постоянный ток в переменный ток нужной частоты. Характерной особенностью схемы на Рис.1 является наличие в схеме фильтрующего дросселя Ld{\displaystyle L_{d}} между выпрямителем и инвертором. Ток id{\displaystyle id} дросселя Ld{\displaystyle L_{d}} на входе моста постоянный и совпадает по абсолютной величине с переменным током ie{\displaystyle ie} на выходе моста, который через индуктивность линии Lk{\displaystyle L_{k}} питает колебательный контур CeLeRe{\displaystyle C_{e}L_{e}R_{e}}. Полярность токов id{\displaystyle id} и ie{\displaystyle ie} на одном полупериоде совпадает (полярность ie{\displaystyle ie} положительна, если открыта диагональ моста V1, V2), на другом — противоположна (полярность ie{\displaystyle ie} отрицательна, если открыта противоположная диагональ V3, V4). Инвертор на таком принципе действия называется «инвертором тока». Поскольку нагрузкой данного инвертора является пассивная цепь, такой инвертор называется автономным инвертором тока (АИТ). В качестве контура нагрузки чаще других используется параллельный контур (Рис.1), откуда произошло название: параллельный автономный инвертор — эквивалент названию АИТ^[5].

Если в дросселе Ld{\displaystyle L_{d}} используется большая индуктивность (сглаживающая), то такой инвертор называется АИТ с непрерывным током. Если же используется малая индуктивность Ld{\displaystyle L_{d}}, то в токе инвертора появляется интервал паузы. Такой инвертор называется АИТ с прерывистым током.

Для согласования с индуктором по напряжению, или для улучшения пуска, иногда используются другие модификации контура, куда входят 2 или 3 конденсатора: Г- , Т- и П-образные контура ^{[1][2][3][4][5]}. В указанных контурах концы катушки индуктора всегда замыкаются через цепь из одного или двух конденсаторов. Свойства таких контуров близки к свойствам параллельного контура на Рис.1, поэтому основные принципы работы инвертора совпадают с параллельной схемой АИТ на Рис.1.

Коренное отличие в принципе работы инвертора возникает в том случае, когда вместо параллельного используется последовательный конденсатор в контуре. Тогда не требуется дроссель Ld{\displaystyle L_{d}} на входе инвертора, ток инвертора формируется по колебательному закону с образованием интервала паузы тока. Инвертор без входного дросселя Ld{\displaystyle L_{d}} называется автономным инвертором напряжения (АИН), альтернативный вариант названия: последовательный автономный инвертор. В научной мировой литературе ^{[6][7][8][9][10]} установилась терминология «параллельный» и «последовательный» инверторы (Parallel Inverter, Series Inverter — с дросселем Ld{\displaystyle L_{d}} и без него, соответственно). Под параллельной схемой контура подразумевается существование произвольной замкнутой цепи конденсаторов, подключенной параллельно зажимам индуктора, хотя как правило, используется обычный параллельный контур на Рис. 1. Параллельный и последовательный инверторы относятся к принципиально различным классам устройств (АИТ и АИН). Также возникли научные школы и крупные мировые компании, являющиеся сторонниками параллельных или последовательных инверторов. В частности, компании Otto Junker (Германия), Brown Boveri (Швейцария), Asea (Швеция), General Electric (США), а также международная корпорация Ajax Tocco Magnethermic, преимущественно развивали направление параллельного инвертора ^[6][7], в то время как другая мировая корпорация Inductotherm (насчитывающая в своем составе несколько десятков отдельных фирм по всему миру) преимущественно развивала последовательную схему. В Японии ^[8], и в СССР среднечастотный индукционный нагрев преимущественно развивался на базе параллельной схемы. В СССР наряду с термином «параллельный автономный инвертор» в научной литературе чаще использовался термин АИТ ^{[1][2][3][4][5]}.

Серия ТПЧ

Производство источников индукционного нагрева в СССР на базе АИТ (Рис. 1), которые получили название «серия ТПЧ», зародилось в 1960-е годы в Таллине на Электротехническом заводе им. Калинина^[5]. Основные конструктивные исполнения серии ТПЧ охватывают диапазон по мощности от 100 кВт до 1600 кВт, по частоте от 0.5 до 10 кГц, чаще других используются ТПЧ мощностью 320 кВт и 800 кВт на частоте 1кГц. Во второй половине 1980-х годов объём производства в СССР достигал до 800 штук ТПЧ в год, что составляло порядка половины ежегодного мирового производства средне частотных источников индукционного нагрева (в штучном выражении по типовым мощностям в диапазоне 160…800 кВт в диапазоне частот 0.5…10 кГц). В частности, наиболее крупная американская компания Inductotherm в 1980-е годы выпускала порядка 180 средне частотных источников в год. В 1990-е годы на многих предприятиях в России и на Украине появилось серийное производство источников на базе АИТ с одинаковым названием «серия ТПЧ». В связи с прочно закрепившейся аббревиатурой ТПЧ, другие источники индукционного нагрева с топологией схемы, отличающейся от АИТ, имеют название, отличающееся от ТПЧ.

Появление на рынке мощных силовых транзисторов, начиная с 1990-х годов, дало толчок развитию силовой электроники в ряде отраслей. Безусловными достоинствами транзисторов являются полная управляемость и высокое быстродействие. Эти свойства дали основу для развития как самих транзисторов, так и универсальных устройств управления силовыми транзисторами (интеллигентные модули) для любых применений. Возникла мощная индустрия универсальных компонентов силовой электроники. Для малых фирм, ранее не занимавшихся наукоемкой продукцией, появилась возможность закупать готовые компоненты, собирать и поставлять на рынок конкурентоспособные изделия, что способствовало быстрому росту рынка. В области электропривода, ветро-генераторов и солнечной энергетики выпущены десятки тысяч изделий, в том числе появились изделия на IGBT-транзисторах большой единичной мощности в несколько мегаватт. Прогресс силовой электроники пришел также в область индукционного нагрева. Стал быстро развиваться рынок малых источников в несколько килловатт или десятков киловатт, которые раньше почти отсутствовали на рынке. Также стали интенсивно вытесняться ламповые генераторы, которые использовались для индукционного нагрева в области высоких частот в десятки и сотни килогерц.

В средне частотной области, где нет востребованности в быстродействии полупроводников, производство источников индукционного нагрева разделилось на два сектора: источники тиристорные и транзисторные. В средне частотной области тиристоры не столь чувствительны к неполной управляемости, и в этом отношении не столь проигрывают полностью управляемым транзисторам, зато выигрывают по надежности и стоимости. Особенно выигрыш тиристорной схемы ощущается при мощностях более 250 кВт, когда относительно дорогая система управления становится уже не столь заметна в общей стоимости изделия, а надежность тиристорной схемы становится превалирующим фактором для покупателя. В мощных источниках возрастает роль системы управления для решения задач защиты, диагностики, мониторинга, автоматики и регулирования. Поэтому для таких источников стоимость систем управления для тиристорных и транзисторных источников сопоставима. Тиристор по сравнению с силовым транзистором многократно выше по единичной мощности и ниже по стоимости. Тиристор обладает свойством кратковременно выдерживать ток, на порядок превышающий рабочий ток, в то время как транзистор выходит из насыщения и разрушается. Чем больше параллельных соединений транзисторов, тем опаснее аварийные режимы, которые могут сопровождаться взрывом корпуса. Поэтому на рынке между секторами тиристорных и транзисторных источников в области средне частотного нагрева установилась устойчивая граница на уровне мощности порядка 250 кВт. Граница существует исключительно для индукционного нагрева и исключительно в области средних частот, в то время как в других областях со всей очевидностью происходит насыщение рынка транзисторными схемами.

Прогресс полупроводниковой индустрии привел к появлению тиристоров в модульном корпусе, который аналогичен корпусу силового транзистора, и имеет те же достоинства — изоляцию от охладителя и простота сборки модульных конструкций. Также в схему тиристорного инвертора АИТ некоторые производители вводят на входе инвертора транзисторный прерыватель, т. н. IGBT-чоппер, который позволяет улучшить управляемость и характеристики схемы, и в то же время не потерять присущую тиристорам устойчивость к аварийным режимам.

Серия ТПЧ прошла длительный путь эволюции. В таблице ниже дано представление о смене поколений серий ТПЧ. В таблице даны по возможности объективные признаки прогресса в технологии производства ТПЧ, общие для различных производителей. Таблица ограничивается рассмотрением прогресса технологий только для источников ТПЧ с присущей им топологией АИТ. Принадлежность к одному классу устройств остается также в том случае, когда АИТ является только частью силовой схемы. Например, устройства, где на входе АИТ устанавливается или не устанавливается силовой транзисторный Прерыватель (IGBT-чоппер), относятся к одному классу. Схема АИТСП (АИТ с Синхронным Прерывателем) и схема АИТАП (АИТ с Асинхронным Прерывателем, где Прерыватель не синхронизирован с инвертором) имеют существенно разные характеристики, хотя и относятся к одному классу устройств.

Смена поколений серии ТПЧ на базе автономного инвертора тока (АИТ)

Серия ТПЧ	Признаки прогресса в технологии производства
1-ое поколение	1960-е годы. В системе управления отсутствуют печатные платы — монтаж объемный (на панелях) в отдельном шкафу. Логические компоненты: дискретные полупроводники (транзисторы и диоды) и крупногабаритные логические модули в фарфоровом корпусе (Логика-Т). В силовой части используются штыревые тиристоры, относительно маломощные. Используется большое количество параллельных и последовательных соединений в каждом плече преобразователя. Для мощных ТПЧ, в случае применения параллельного соединения силовых секций, не допускается автономная (одиночная) работа отдельной секции. Частотный типоряд: 0.5; 1 кГц. КПД порядка 92 % для 1кГц. Удельные показатели ТПЧ: порядка 6…8 кг/кВт.
2-ое поколение	1970-е годы. В системе управления появляется печатный монтаж, что позволяет резко сократить габариты системы управления и одновременно повысить её функциональность. Каждый отдельный блок управления обладает относительно небольшой функциональностью. Большое количество блоков устанавливается в отдельном шкафу. В силовой части появляются таблеточные тиристоры, уменьшается количество параллельных и последовательных соединений в одном плече. Для соединенных параллельно силовых секций не допускается автономная (одиночная) работа отдельной секции. Вводится максимальная частота 2.4 кГц, частотный типоряд: 0.5; 1; 2.4 кГц. КПД повышен до 92..93 % для 1кГц. Удельные показатели ТПЧ улучшены: порядка 4…5 кг/кВт.
3-е поколение	1986 год. Логические компоненты: микросхемы малой и средней степени интеграции. Система управления строится в кассете на больших многофункциональных печатных платах, насчитывающих до 300 компонентов, имеющих проволочные выводы. В силовой части используются мощные таблеточные тиристоры, исключаются параллельные соединения, остаются последовательные в одном плече. Для соединенных параллельно силовых секций допускается автономная (одиночная) работа. Вводятся понятия «работа одиночного ТПЧ», «работа группы ТПЧ с общей нагрузкой», «одиночная работа ТПЧ в комплексе», «групповая работа комплекса ТПЧ». Вводится частоты 4, 8 и 10 кГц, частотный типоряд: 0.5; 1; 2.4; 4; 8; 10 кГц. КПД повышен до 94..95 % для 1кГц. Удельные показатели ТПЧ улучшены: порядка 2…2.5 кг/кВт.
4-ое поколение	2002 год. Логические компоненты: одна БИС — большая интегральная схема, охватывающая всю логическую (цифровую) часть системы управления. Система управления строится на многофункциональных многослойных платах небольшого размера на основе т. н. «бездырочной», или поверхностной технологии (SMD), где миниатюрные компоненты с планарными выводами (типичный размер резистора 1. 5 х 0.75 мм) паяют непосредственно на поверхность платы. Сведена к минимуму громоздкая «дырочная», то есть сквозная технология (HMD — Hole Mount Technology), где компоненты с проволочными выводами впаиваются в отверстия на плате. В силовой части используются мощные таблеточные тиристоры, которые позволяют строить силовое плечо на одном тиристоре. Исключение: высокая частота 8 и 10 кГц, где используются быстродействующие тиристоры с относительно невысоким классом по напряжению, что требует обычно 2 последовательных тиристоров в одном плече инвертора. Для относительно небольших мощностей (до 320 кВт) некоторые производители используют т. н. «модульные» тиристоры, которые привинчивают к общей алюминиевой плите, что упрощает конструкцию силового блока и обеспечивает гальваническую изоляцию от охлаждающей жидкости (воды). Групповая работа комплекса ТПЧ без изменений. Частотный типоряд без изменения: 0.5; 1; 2.4; 4; 8; 10 кГц. КПД повышен до 95..96 % для 1кГц. Удельные показатели ТПЧ улучшены: порядка 1.6…2.5 кг/кВт.
5-ое поколение	2015 год. В систему управления вводится система Интернет-Диагностики ТПЧ. В состав системы управления входят инструменты считывания и сохранения рабочих и аварийных осциллограмм в постоянной памяти Чёрного Ящика, а также средство связи с Интернетом на базе GSM модема. Аварийные осциллограммы автоматически посылаются на сайт коллективного пользования. Максимально демократичный сайт диагностики ТПЧ, без всяких ограничений для доступа и без регистрации, служит, с одной стороны, «инструментом быстрого реагирования» при ремонте, с другой стороны, — «базой коллективных знаний» для изучения типовых аварийных процессов и для обучения персонала навыкам эксплуатации. В силовую часть на вход тиристорного АИТ вводится транзисторный Синхронный Переключатель (СП). Схема АИТСП объединяет преимущества одновременно двух типов полупроводников: транзисторов (полная управляемость) и тиристоров (надежность в аварийных режимах). Последние используются в модульном и таблеточном корпусах. Групповая работа комплекса ТПЧ без изменений. Частотный типоряд расширен как в сторону уменьшения частоты, так и в сторону увеличения частоты: 50(60), 125, 250, 500, 1000, 2500, 4000, 8000(10000), 16000, 22000 Гц. КПД повышен до 97.5..98.5 % для 1кГц. Удельные показатели ТПЧ улучшены: порядка 1 кг/кВт.

Примечания

1. ↑ ^{1 2 3 4} Горбачев Г. Н., 1988, с. 306.
2. ↑ ^{1 2 3 4} Шиллинг В., 1950.
3. ↑ ^{1 2 3 4} Толстов Ю.Г., 1978.
4. ↑ ^{1 2 3 4} Чиженко И. М., 1978.
5. ↑ ^{1 2 3 4} Е. И. Беркович, 1973.
6. ↑ ^{1 2} Alfred Mühlbauer, 2008.
7. ↑ ^{1 2} John William Motto, Jr., 1977.
8. ↑ ^{1 2} Takesi FUJITSUKA, 1971.
9. ↑ Nikolay L. Hinov, 2005.
10. ↑ pantechsolutions.

Литература

• Шиллинг В. Схемы выпрямителей, инверторов и преобразователей частоты: Пер. с нем.. — Л.: Госэнерго-издат, 1950. — 464 с.

• Толстов Ю.Г. Автономные инверторы тока. — М.: Изд.»Энергия», 1978. — 208 с.

• Чиженко И.М. Справочник по преобразовательной технике.. — К.: Техніка, 1978. — 447 с.

• Е. И. Беркович. Тиристорные преобразователи высокой частоты.  — Л.: Энергия, 1973.

Тиристорные преобразователи

6-1 Тиристорные преобразователи Глава 6 В некоторых приложениях (зарядное устройство, некоторые приводы переменного / постоянного тока) напряжение постоянного тока должно контролироваться Тиристорные преобразователи обеспечивают контролируемое преобразование переменного тока в постоянное. 6-2 Тиристоры (обзорный класс) Полууправляемое устройство Включается импульсом тока затвора при прямом смещении Отключается, если ток пытается реверсировать 6-3 Тиристор в простой цепи (обзорный класс ) Для успешного выключения требуется обратное напряжение. 6-4 Тиристорные преобразователи. Полностью управляемый преобразователь, показанный на рис.6-1a Среднее постоянное напряжение Vd может регулироваться от положительного максимума до отрицательного минимума на непрерывной основе. Постоянный ток преобразователя Id не может изменять направление. Двухквадрантный режим работы. Режим выпрямления (поток мощности идет от переменного тока к стороне постоянного тока): + Vd & + Id Режим инвертора (поток энергии идет от постоянного тока к стороне переменного тока):: -Vd & + Id Продолжительный режим работы инвертора возможен только при наличии источника питания, такого как батареи, на сторона постоянного тока. 6-5 Основные тиристорные схемы: Источник линейного напряжения, подключенный к сопротивлению нагрузки. В положительном полупериоде vs ток равен нулю, пока et = o, при котором подается импульс затвора короткой длительности с проводящим тиристором, vd = vs vd становится равным нулю при et = t Регулируя угол зажигания o, можно управлять средним постоянным напряжением Vd и током Id. 6-6 o Основные тиристорные схемы: Источник линейного напряжения, подключенный к нагрузке RL o Первоначально ток равен нулю до тех пор, пока et = o, при котором тиристор срабатывает в течение положительного полупериода vs o При проводящем тиристоре ток начинает течь, vd = vs o Напряжение на катушке индуктивности: vL = vs-vR o Во время o to u1, vL положительный, и ток увеличивается o За пределами u1, vL отрицателен, и ток начинает уменьшаться o u2 — момент, когда ток становится равным нулю и остается равным нулю до 2t + o, при котором тиристор снова запускается 6 -7 o Базовые тиристорные схемы: нагрузка состоит из L и постоянного напряжения Ed o тиристор смещен в обратном направлении до u1 o Проводимость тиристора дополнительно задерживается до момента u2, при котором тиристор срабатывает o При проводимости тиристора, vd = vs o Между u2 и u3, vL положительный, и ток увеличивается o За пределами u3, vL равен отрицательный, и ток начинает снижаться o Когда A1 равен A2, ток падает до нуля при u4 6-8 Запуск тиристорного затвора Генерация пускового сигнала Пилообразная форма волны (синхронизированная с входом переменного тока) сравнивается с управляющим сигналом vcontrol , а угол задержки o по отношению к положительному переходу через нуль сетевого напряжения переменного тока получается в терминах vcontrol и пика пилообразной формы волны Vst. ||. |

\ | = stcontrol oVv180 o6-9 Полномостовые (одно- и трехфазные) тиристорные преобразователи 6-10 Однофазные тиристорные преобразователи Один тиристор верхней группы и один из нижней группы будут проводить, если непрерывный вентиль После подачи импульса эта схема будет действовать как диодный выпрямитель с полным мостом, а формы перемычки будут такими, как показано ниже: o = 0 для 1 и 2 и o = t для тиристоров 3 и 4 6-11 Формы сигналов однофазного тиристорного преобразователя Предположения: Ls = 0 и чисто постоянный ток Id o: угол задержки или угол зажигания. До et = 0 ток протекает через 3 и 4, а vd = -vs. После et = 0 тиристоры 1 и 2 становятся смещенными вперед, но не могут проводить до тех пор, пока о.vd становится отрицательным между 0 и o из-за угла задержки. При et = o, затворный импульс прикладывается и коммутация тока с тиристоров 3 и 4 на 1 и 2 происходит мгновенно (Ls = 0), а vd = vs тиристоров 1 и 2 будет продолжать проводить до тех пор, пока не сработают 3 и 4 6-12 Выражение для среднего напряжения Vd: Среднее напряжение постоянного тока как функция угла задержки () oe et t ooocos 9. 0 sin 21s s dV t d t V V = =} + Пусть Vd0 будет средним напряжением постоянного тока при o = 0, () s s dV t d t V V 9. 0 sin 2100 = =} e et t Тогда падение среднего напряжения из-за o, () oo ocos 1 9.00 = = As d d dV V V V Средняя мощность через преобразователь, () dt i vTdt t pTPTd dT} =} = 0 01 1 При постоянном постоянном токе (id = Id), o cos 9. 010d sd dTd dI VVI dt vTI P = ((

} = 6-13 Среднее выходное напряжение постоянного тока Изменение Vd как функция o: Среднее напряжение постоянного тока положительно до тех пор, пока o = 90o: эта область называется режимом выпрямителя работы Среднее напряжение постоянного тока становится отрицательным за пределами o = 90o: эта область называется режимом работы инвертора ooocos9. 0cos 9. 00 = = ssddVVVV6-14 1-фазный тиристорный преобразователь o Включена индуктивность на стороне переменного тока, которую обычно нельзя игнорировать в практические тиристорные преобразователи.o Для заданного угла задержки будет конечный интервал коммутации. o Процесс коммутации аналогичен процессу в выпрямителях с диодным мостом. o Во время интервала коммутации все четыре тиристора проводят ток, и, следовательно, vd = 0, а напряжение vLs = vs. 6-15 1-фазный тиристорный преобразователь o В течение интервала коммутации все четыре тиристора проводят ток, поэтому vd = 0, а напряжение vLs = vs. () () () | | oeo eoo ee ee oo oo (((

= = + =} = =} =} = = = + + sd sd ss sd sdIdIs s ssssL sVI LI LV dt t V AI L di L dt t V AdtdiL v v22cos cos2 cos cos 2 sin 22 sin 216-16 Однофазный тиристорный преобразователь: с Ls и без него o Падение напряжения из-за включения Ls.| || | teootetAd ss ds dd sdI LV VV VI LAV2cos 9. 0cos 9. 0200 === === без Ls с Ls 6-17 Пример В схеме преобразователя Ls составляет 5% при номинальном напряжении 230 В при 60 Гц и номинальном вольт-амперном напряжении 5 кВА. Рассчитайте угол коммутации и Vd / Vd0 при номинальном входном напряжении, мощности 3 кВт и o = 30o. 6-18 Раствор V I L V VVI LA II I L V I V PmHZLIVZA Id s s dsd sdd d s s d d dbaseratedbaserated5. 1732cos 9. 09.522cos cos3. 1730002cos 9. 0304. 137705. 058. 1074. 2123050000 10 = == (((

=== ((

= === == == = etooeo etooO6-19 Тиристорные преобразователи: режим инвертора (Vd отрицательный)) Среднее значение vd отрицательно для 90o

Связь HVDC на основе тиристоров — MATLAB и Simulink

Тиристорный канал HVDC

Описание системы передачи HVDC

Пример в этом разделе иллюстрирует моделирование линии передачи постоянного тока высокого напряжения (HVDC) с использованием 12-импульсного тиристорные преобразователи [1].Для исследования системы применяются возмущения. спектакль. Цели этого примера — продемонстрировать использование Simscape ™ Блоки Electrical ™ Specialized Power Systems в сочетании с блоками Simulink ^® в моделировании полного полюса 12-импульсного HVDC. система передачи.

Откройте модель power_hvdc12pulse и сохраните ее под другое имя, чтобы разрешить дальнейшие модификации исходной системы.

Соединение постоянного тока мощностью 1000 МВт (500 кВ, 2 кА) используется для передачи мощности от 500 от системы кВ, 5000 МВА, 60 Гц до системы 345 кВ, 10000 МВА, 50 Гц. Системы переменного тока представлены эквивалентами L-R с демпфированием с углом 80 градусов на основной частота (60 Гц или 50 Гц) и по третьей гармонике.

Выпрямитель и инвертор представляют собой 12-пульсные преобразователи с использованием двух универсальных мостов. блоки соединены последовательно.Преобразователи соединены между собой линией протяженностью 300 км. и сглаживающие реакторы 0,5 Н. Преобразовательные трансформаторы (звезда с заземлением / звезда / треугольник) моделируются блоками трехфазного трансформатора (трехобмотки). Трансформатор переключатели ответвлений не моделируются. Положение крана скорее фиксированное. определяется коэффициентом умножения, применяемым к первичному номинальному напряжению преобразовательные трансформаторы (0,90 на стороне выпрямителя; 0. 96 на инверторе боковая сторона).

С точки зрения переменного тока преобразователь HVDC действует как источник гармоник. токи. С точки зрения постоянного тока, это источник гармонических напряжений.

Порядок n этих характеристических гармоник связан с количество импульсов p конфигурации преобразователя: n = кПа ± 1 для переменного тока и н = кПа для постоянного напряжения, кПа быть любым целым числом.В примере p = 12, так что вводимые гармоники на стороне переменного тока равны 11, 13, 23, 25, а на стороне постоянного тока — 12, 24.

Фильтры переменного тока используются для предотвращения распространения токов нечетных гармоник на Система переменного тока. Фильтры сгруппированы в две подсистемы. Эти фильтры также отображаются как большие конденсаторы на основной частоте, что обеспечивает реактивную мощность компенсация потребления выпрямителя за счет угла включения α. Для α = 30 градусов, потребляемая реактивная мощность преобразователя составляет примерно 60% мощности передается при полной нагрузке. Подсистема фильтров переменного тока содержит настроенный с высокой добротностью (100) фильтры на 11-й и 13-й гармониках и низкий Q (3) или демпфированный фильтр, используемый для исключить гармоники более высокого порядка, например, 24-ю и выше. Дополнительная реактивная мощность составляет также предусмотрены конденсаторными батареями.

Два блока выключателя вызывают неисправности на стороне постоянного тока выпрямителя и на стороне переменного тока инвертора. сторону для проверки производительности системы.

И энергосистема, и система управления и защиты дискретизируются с то же время выборки Ts = 50 мкс. Некоторые системы защиты имеют время выборки 1 или 2 мс.

Частотная характеристика систем переменного и постоянного тока

В разделе «Анализ простой схемы» объясняется, как можно использовать блок измерения импеданса для вычислить импеданс линейной системы из ее модели в пространстве состояний. Поскольку тиристорные вентили преобразователей являются нелинейными блоками, они не учитываются в расчет импеданса, и вы получите импедансы при открытых клапанах.

Подсистемы выпрямителя и инвертора используют блоки измерения импеданса для измерения частотная характеристика между фазой A и фазой B систем переменного тока. Измерение Импеданс между двумя фазами дает двукратное сопротивление прямой последовательности. Поэтому вы указываете коэффициент умножения 1/2 при измерении импеданса. блоки для получения правильного значения импеданса. Блок ZDC Impedance Measurement измеряет полное сопротивление на стороне вывода выпрямителя постоянного тока.

Вы можете использовать инструмент Powergui для измерения сопротивления и частоты. для отображения амплитуды и фазы как функции частоты, измеренной тремя Блоки измерения импеданса ..

Показаны величины трех импедансов в зависимости от частоты. Вот.

Полное сопротивление прямой последовательности двух систем переменного тока и Линия постоянного тока

Обратите внимание на два минимальных сопротивления на значениях Z систем переменного тока.Эти Последовательные резонансы создаются фильтрами 11-й и 13-й гармоник. Они происходят в 660 Гц и 780 Гц в системе 60 Гц. Отметим также, что добавление 600 Мвар емкостные фильтры в индуктивных системах создают резонансы около 188 Гц на со стороны выпрямителя и 220 Гц со стороны инвертора. В области 60 Гц величина составляет 56,75 Ом для системы 60 Гц, что соответствует эффективному уровню короткого замыкания. из 500 ² /56.75 = 4405 МВА на стороне выпрямителя (5000 МВА — 600 Мвар фильтров).

Для линии постоянного тока обратите внимание на последовательный резонанс на частоте 240 Гц, что соответствует основная мода, вероятно, будет возбуждена на стороне постоянного тока при больших помехах.

Системы управления и защиты

Управление полюсом выпрямителя (ток) и управление полюсом инвертора Подсистемы (Ток / Напряжение / Гамма) генерируют эталонный ток для обоих преобразователи и инициирует запуск и остановку передачи энергии постоянного тока.В инвертора, подсистема измерения гаммы измеряет угол погасания гамма 6-ти импульсные тиристорные преобразователи.

Системы защиты можно включать и выключать. На выпрямителе ошибка постоянного тока защита обнаруживает неисправность на линии и предпринимает необходимые действия для очистки вина. Подсистема обнаружения низкого напряжения переменного тока на выпрямителе и инверторе обслуживает для различения неисправности переменного тока и неисправности постоянного тока.На инверторе коммутация Подсистема управления предотвращением отказов [2] уменьшает сбои коммутации из-за переменного тока. падение напряжения.

Система синхронизации и запуска

Синхронизация и генерация 12 запускающих импульсов выполняется 12-импульсная система управления зажиганием. Эта система использует первичные напряжения для синхронизировать и генерировать импульсы в соответствии с вычисленным углом альфа-срабатывания контроллером преобразователя.Синхронизирующие напряжения измеряются на первичной сторона преобразователя трансформатора, потому что формы сигналов менее искажены. А Контур фазовой автоподстройки частоты (PLL) используется для генерации трех напряжений, синхронизированных на основная составляющая напряжений прямой последовательности. Стреляющий импульс Генератор синхронизируется с тремя напряжениями, генерируемыми ФАПЧ. На переход через ноль коммутирующих напряжений (AB, BC, CA), рампа сбрасывается. А пусковой импульс генерируется всякий раз, когда значение линейного изменения становится равным желаемому угол задержки, обеспечиваемый контроллером.

Устойчивая характеристика V-I

Реализация подсистем управления полюсами выпрямителя и инвертора эта установившаяся характеристика:

Установившиеся характеристики выпрямителя и инвертора и VDCOL Функция

При нормальной работе выпрямитель регулирует ток в Id_ref эталонное значение, тогда как инвертор управляет напряжение или гамма на Vd_ref или Gamma_min эталонное значение.

Система обычно работает в точке 1, как показано на рисунке. Тем не мение, во время чрезвычайной ситуации, вызывающей падение напряжения в системе 1 переменного тока, питающей выпрямителя рабочая точка переходит в точку 2. Выпрямитель, следовательно, принудительно переходит в режим минимального α, а инвертор находится в режиме управления током. Точно так же падение напряжения в системе переменного тока, питающей инвертор, вызовет изменение режима управления на регулирование гамма для ограничения угла до γ мин.В течение серьезная непредвиденная ситуация, требуется более быстрый ответ для увеличения коммутации запаса и, как следствие, снизить вероятность отказа коммутации. В Подсистема управления предотвращением сбоев коммутации (см. Inverter блок защиты) генерирует сигнал, который уменьшает максимальный предел угол задержки при падении напряжения (например, при аварии переменного тока).

Примечание

γ = угол затухания = 180º — α — µ, µ = коммутация или перекрытие угол

VDCOL Функция

Другая важная функция управления реализована для изменения задания ток в соответствии со значением постоянного напряжения. Этот элемент управления, названный ограничителем порядка тока, зависящего от напряжения (VDCOL), автоматически уменьшает ток задания ( Id_ref ), когда заданное значение VdL уменьшается (как, например, при повреждении линии постоянного тока или серьезная неисправность переменного тока). Снижение эталонных токов Id также снижает потребность в реактивной мощности в системе переменного тока, помогая восстанавливать вина. Параметры VDCOL поясняются на этой диаграмме:

VDCOL Характеристика; Id_ref = f (VdL)

Значение Id_ref начинает уменьшаться, когда линия Vd напряжение падает ниже порогового значения VdThresh .Настоящий эталонный ток, используемый контроллерами, доступен на втором контроллере вывод с именем Id_ref_lim . IdMinAbs — это абсолютный минимум значение Id_ref . Когда напряжение в линии постоянного тока падает ниже значения VdThresh , VDCOL мгновенно падает до Id_ref . Однако, когда напряжение постоянного тока восстанавливается, VDCOL ограничивает время нарастания I d_ref с постоянной времени, определяемой параметр Туп .

Регуляторы тока, напряжения и гаммы

Как выпрямительный, так и инверторный регуляторы имеют регулятор тока, рассчитывающий срабатывание α _i . На инверторе, работающем параллельно с регуляторы тока — регуляторы напряжения и / или гамма-излучения, рассчитывающие зажигание. углы α _v и / или α _g . Эффективный угол α — минимальное значение α _i , _{α v и / или α g . Все регуляторы относятся к категории пропорционально-интегрального типа. У них должен быть достаточно высокий прирост для низкого частоты (<10 Гц) для поддержания тока, напряжения или гамма-характеристики равны эталонный ток ( Id_ref_lim ), ссылки напряжение ( Vd_ref ) или эталонная гамма ( Gamma_min ), пока α находится в пределах минимума и максимальные пределы (5º <α <166º для выпрямителя, 92º <α <166º для инвертор).Как описано ранее, сигнал (D_alpha), полученный от коммутации Защита от сбоев может временно снизить предел 166º на инвертор. Коэффициенты усиления регулятора Kp и Ki регулируются во время небольших возмущений. в ссылке.}

Еще одна особенность регулятора — линеаризация пропорциональное усиление. Поскольку напряжение Vd , генерируемое выпрямитель и инвертор пропорциональны cos (α), изменение ΔVd из-за Изменение Δα пропорционально sin (α). При постоянном значении Kp эффективная Таким образом, усиление пропорционально sin (α). Чтобы сохранить постоянный пропорциональный усиление, независимо от значения α, усиление линеаризуется путем умножения Kp константа на 1 / sin (α). Эта линеаризация применяется для диапазона α, определяемого формулой два предела, указанные в блоках Rectifier и Inverter Pole Control.

Запуск / останов системы — установившееся состояние и реакция на скачок

Система запрограммирована на запуск и достижение устойчивого состояния.Затем применяется шаг первый опорному тока, а затем к источнику опорного напряжения, так что вы можете наблюдать динамический отклик регуляторов. Наконец, инициируется последовательность остановки, чтобы перед блокировкой преобразователей плавно снизьте передачу мощности. Уведомление в Контроллер преобразователя, который после приема сигнала Stop, Forced_alpha заказывается на 0,150 с, а затем через 0,1 с блокировка импульсов упорядоченный.

Запустите моделирование и наблюдайте за сигналами на осциллографах выпрямителя и инвертора. Формы сигналов воспроизводятся здесь:

Запуск / останов системы постоянного тока и шаг, применяемый к току и опорного напряжения

В Мастер управления, преобразователи импульсные генераторы деблокировали и мощность Передача началась путем линейного опорного тока при Т = 20 мс. Ссылка достигает минимального значения 0.1 о.е. за 0,3 с. Обратите внимание, что постоянный ток начинает уменьшаться. build, и линия постоянного тока заряжается при номинальном напряжении. При t = 0,4 с эталонный ток увеличивается с 0,1 до 1 о.е. (2 кА) за 0,18 с (5 о.е. / с). Постоянный ток достигает установившееся состояние в конце последовательности запуска примерно через 0,58 с. В выпрямитель контролирует ток, а инвертор регулирует напряжение. След 1 из Оба индикатора выпрямителя и инвертора показывают линейное напряжение постоянного тока (1 о. е. = 500 кВ).На инвертор, опорное напряжение также показано на рисунке. Кривая 2 показывает эталонный ток и измеренный ток Id (1 о.е. = 2 кА). Во время съезда инвертор фактически регулирует ток (кривая 4: Mode = 1) до значения Id_ref_lim за вычетом текущего запаса (0,1 о.е.) и выпрямителя пытается управлять током на Id_ref_lim . На инверторе режим управления изменяется с текущего управления на управление гаммой (Mode = 6) перед стабилизация к управлению напряжением (Mode = 2) при t = 0.3 с. Выпрямитель становится после этого под контролем текущего. Однако произойдет изменение режима управления и альфа ограничена минимальным значением 5 градусов (Mode = 3) во время увеличения напряжение постоянного тока инициируется опорное повышение напряжения на инверторе, так как объяснено в следующем абзаце. В установившемся режиме (измеряется при t от 1,3 до 1,4 s) углы срабатывания α составляют около 16,5 градуса и 143 градуса соответственно на выпрямитель и инвертор со стороны.Инверторное управление измеряет угол затухания γ для каждого тиристора двух шестиимпульсных мостов (т. е. моста, подключенного к Обмотки звезда и треугольник) путем определения прошедшего времени, выраженного в электрических градусов от конца токопроводимости до нулевого перехода коммутирующего вольтаж. Среднее значение измеренной гаммы для последних 12 вымираний (6 из Дельта-преобразователь и 6 звездообразного преобразователя) показаны на графиках 5 вместе с гаммой. Справка.В установившемся режиме среднее значение γ составляет около 22,5 градусов.

при Т = 0,7 S, A -0,2 о.е. шаг применяется во время 0,1 с к опорному току, так что вы можете наблюдать динамический отклик регуляторов. В дальнейшем при t = 1.0 с 0,1 о.е. шаг применяется во время 0,2 с при опорном напряжении инвертора. Наблюдать что в инверторе угол затухания достигает эталонного значения (например, минимально допустимое значение) и что регулятор гаммы принимает управление при t около 1.1 с. При t около 1,3 с регулятор напряжения снова берет на себя управление напряжением.

При t = 1,4 с последовательность остановки инициируется снижением тока до 0,1 о.е. При t = 1,6 с форсированная альфа (до 166 градусов) на выпрямителе гасит ток. а на инверторе форсированная альфа (до 92 градусов с ограниченной скоростью) снижает Напряжение постоянного тока из-за захваченного заряда в емкости линии. При t = 1,7 с импульсы блокируются в обоих преобразователях.

Сравнение результатов теории и моделирования в установившемся состоянии

Основные уравнения, управляющие установившейся работой системы постоянного тока, следующие: приведены здесь, чтобы вы могли сравнить теоретические значения с результатами моделирования. полученные результаты.

Следующее выражение относится к среднему постоянному напряжению Vd. 12-ти пульсный мост на постоянный ток Id и угол зажигания α (без учета омических потерь в трансформаторе и тиристоров):

, где Vdo — идеальное постоянное напряжение холостого хода для шестиимпульсный мост:

Vc — межфазное среднеквадратичное коммутирующее напряжение, которое зависит от напряжения сети переменного тока и коэффициента трансформации.

Rc — эквивалентное коммутирующее сопротивление.

Xc — коммутирующее реактивное сопротивление или реактивное сопротивление трансформатора. относится к стороне клапана.

При моделировании использовались следующие параметры выпрямителя.

Напряжение Vc должно учитывать действующее значение напряжения на шине 500 кВ и коэффициента трансформации. Если вы посмотрите на осциллограммы, отображаемые в области AC_Rectifier, вы найдете 0.96 о.у. при прямом текущий Id достиг своего устойчивого состояния (1 о.е.).

Если вы откроете диалоговое окно трансформатора выпрямителя, вы обнаружите, что коэффициент 0,90, применяемый к первичному номинальному напряжению. Напряжение, приложенное к поэтому инвертор увеличивается в 1 / 0,90 раза.

 Vc = 0,96 * 200 кВ / 0,90 = 213,3 кВ
Id = 2 кА
α = 16,5º
Xc = 0,24 о.е., исходя из 1200 МВА и 222,2 кВ = 9,874 Ом
 

Следовательно, это теоретическое напряжение хорошо соответствует ожидаемому напряжение выпрямителя рассчитывается исходя из напряжения инвертора и падения напряжения в линия постоянного тока (R = 4.5 Ом) и в сглаживающем реакторе выпрямителя (R = 1 Ом):

Также можно рассчитать угол коммутации µ или угол перекрытия. Его теоретический значение зависит от α, постоянного тока Id, и коммутации реактивное сопротивление Xc .

Теперь проверьте угол коммутации, наблюдая за токами в двух вентилях, для Например, исчезновение тока в клапане 1 и нарастание тока в клапане 3 Y шестиимпульсный мост выпрямителя.Эти сигналы доступны в Область действия VALVE13_RECT.

Формы сигналов, иллюстрирующие два цикла, показаны на следующем рисунке. В измеренный угол коммутации составляет 14 шагов по 50 мкс или 15,1 ° для периода 60 Гц. В разрешение при временном шаге 50 мкс — 1,1º; этот угол достаточно хорошо сравнивается с теоретическим значением.

Напряжение и ток клапана (коммутация от клапана 1 к клапану 3)

Наконец, чтобы подтвердить измерение γ на инверторе, наблюдайте за клапаном 1 напряжение и ток в области VALVE1_INV.Также соблюдайте коммутационные напряжение, соответствующее выходному клапану 1, которое необходимо погасить, и среднее значение γ, как показано в разделе «Ток и коммутационное напряжение клапана 1, показывающего γ». Проверить также что значения α, µ и γ в сумме составляют 180 °.

Ток и напряжение коммутации клапана 1 Отображение γ

DC Line Fault

Деактивировать шаги применяются на текущей ссылки и опорного напряжения в Master Control и Inverter Control and Protection соответственно на установка переключателей в нижнее положение.В блоке DC Fault измените коэффициент умножения от 100 до 1, так что неисправность теперь возникает при t = 0,7 с. Уменьшите время остановки моделирования до 1,4 с. Откройте область выпрямителя, а также Объем неисправности для наблюдения за током повреждения и объем защитного выпрямителя для соблюдайте действие защиты от постоянного тока. Перезапустите симуляцию.

Неисправность линии постоянного тока на стороне выпрямителя

При возникновении неисправности (t = 0. 7 с), постоянный ток увеличивается до 2,2 о.е., а постоянный напряжение на выпрямителе падает до нуля. Это падение постоянного напряжения видно по напряжению Ограничитель зависимого тока (VDCOL) и защита от постоянного тока. VDCOL снижает опорный ток выпрямителя до 0,3 о.е. Постоянный ток по-прежнему продолжает циркулировать в вине. Тогда при t = 0,77 с выпрямитель α срабатывает После обнаружения низкого значения постоянного тока защита от неисправности постоянного тока принудительно увеличивает угол до 166 градусов. вольтаж.Выпрямитель теперь работает в инверторном режиме. Напряжение в линии постоянного тока становится равным. отрицательный, и энергия, накопленная в линии, возвращается в систему переменного тока, вызывая быстрое исчезновение тока повреждения при следующем переходе через ноль. Тогда α освобождается при t = 0,82 с и нормальное постоянное напряжение и ток восстанавливаются в примерно 0,5 с. Обратите внимание, временное изменение режима в элементах управления выпрямителем от 1,18 до 1,25 с.

Короткое замыкание между фазой и землей переменного тока в инверторе

Теперь измените время замыкания, чтобы применить замыкание на землю.В неисправности постоянного тока блока, измените коэффициент умножения с 1 на 100, чтобы ошибка постоянного тока теперь устранено. В блоке A-G Fault измените коэффициент умножения в время переключения на 1, так что теперь при t = 0,7 с на инверторе. Перезапустите симуляцию.

Выпрямитель, инвертор сигнализирует о неисправности линии переменного тока Сторона инвертора

Напряжения и токи на стороне 50 Гц при повреждении линии переменного тока на стороне инвертора

Обратите внимание на колебания постоянного напряжения и токов с частотой 120 Гц во время повреждения. An неизбежный отказ коммутации происходит на инверторе в самом начале неисправность и постоянный ток увеличивается до 2 о.е. Сбой коммутации является результатом отказ входящего клапана принять постоянный ток перед коммутацией напряжение меняет полярность. Симптомами являются нулевое напряжение постоянного тока на поврежденный мост, вызывающий увеличение постоянного тока со скоростью, определяемой в основном индуктивность цепи постоянного тока.Когда неисправность устраняется при t = 0,8 с, VDCOL срабатывает и снижает опорный ток до 0,3 о.е. Система восстанавливается через примерно 0,35 с после устранения неисправности.

Посмотрите на формы сигналов, отображаемые на осциллографе PROTECTION INVERTER. Низкий AC Блок напряжения обнаруживает неисправность и блокирует защиту от неисправности постоянного тока, которая в этом случае не должен обнаруживать неисправность постоянного тока, даже если напряжение в линии постоянного тока падает. Посмотрите на Выход управления предотвращением сбоев коммутации (CFPREV) (A_min_I), который уменьшает ограничение максимального угла задержки для увеличения запаса коммутации во время и после вина.

Теперь откройте диалоговое окно блока CFPREV, расположенного внутри инвертора. Подсистемы защиты и деактивируйте защиту CFPREV, отменив выбор «Состояние ON». Перезапустите симуляцию. Обратите внимание на немного другое переходное поведение во время и после неисправности.

Справочная информация

[1] Аррилага, Дж., Передача постоянного тока высокого напряжения, IEEE ^® Power Engineering Series 6, Peter Peregrinus, Ltd., 1983.

[2] Лидонг Чжан, Ларс Дофнас, «Новый метод уменьшения коммутации. Отказы в системах HVDC », Proceedings PowerCon 2002. Международная конференция по теме, Том: 1, 13–17 октября 2002 г. , стр. 51–56.

Что такое тиристор? Типы тиристоров и их применение

Что такое тиристор? Типы тиристоров и их применение

Тиристоры — интересный класс полупроводниковых приборов.Они имеют схожие характеристики с другими твердотельными компонентами из кремния, такими как диоды и транзисторы. Поэтому отличить тиристоры от диодов и транзисторов может быть сложно. Чтобы усложнить ситуацию, на рынке доступны различные типы тиристоров.

В некоторых случаях то, что отличает тиристоры друг от друга, может быть просто крошечной деталью.

Также, в зависимости от производителя, данный тиристор может быть известен под другим именем.

Для успешного применения тиристоров при проектировании схем важно знать их уникальные характеристики, ограничения и их взаимосвязь со схемой.Вот почему мы потратили некоторое время, чтобы разобраться во всем, чтобы вы могли лучше понять, какой тиристор лучше всего подходит для вашего приложения.

Что такое тиристор?

Тиристор — это четырехслойный прибор с чередующимися полупроводниками P-типа и N-типа (P-N-P-N).

В своей основной форме тиристор имеет три вывода: анод (положительный вывод), катод (отрицательный вывод) и затвор (контрольный вывод). Затвор контролирует поток тока между анодом и катодом.

Основная функция тиристора — регулировать электрическую мощность и ток, действуя как переключатель. Для такого небольшого и легкого компонента он обеспечивает адекватную защиту цепей с большими напряжениями и токами (до 6000 В, 4500 А).

Он привлекателен в качестве выпрямителя, поскольку может быстро переключаться из состояния проводимости тока в состояние непроводимости.

Кроме того, его стоимость обслуживания невысока, и при правильной работе он остается работоспособным в течение длительного времени без возникновения неисправностей.

Тиристоры используются в самых разных электрических цепях, от простой охранной сигнализации до линий электропередачи.

Как работают тиристоры?

Тиристор со структурой P-N-P-N имеет три перехода: PN, NP и PN. Если анод является положительным выводом по отношению к катоду, внешние переходы, PN и PN смещены в прямом направлении, а центральный переход NP с обратным смещением. Следовательно, переход NP блокирует прохождение положительного тока от анода к катоду.Говорят, что тиристор находится в состоянии прямой блокировки . Точно так же прохождение отрицательного тока блокируется внешними PN-переходами. Тиристор находится в состоянии обратной блокировки .

Другое состояние, в котором может находиться тиристор, — это состояние прямой проводимости , при котором он получает достаточный сигнал для включения и начинает проводить.

Давайте на минутку выделим уникальные свойства, которые тиристоры привносят в схему, углубившись в природу сигнала и отклик тиристора.

Щелкните здесь, чтобы купить тиристоры или другие устройства защиты цепей от MDE Semiconductor.

Наши двухконтактные тиристоры серии P разработаны для телекоммуникационной отрасли. Эти продукты обеспечивают защиту в соответствии с FCC Part 68, UL 1459, Bellcore 1089. ITU-TK, 20 & K. 21

MDE Semiconductor уделяет особое внимание решениям по защите цепей.

Краткое описание включения тиристора

Когда на вывод затвора подается достаточный положительный сигнальный ток или импульс, он переводит тиристор в проводящее состояние. Ток течет от анода к катоду и будет продолжать течь, даже когда сигнал затвора удален. Говорят, что тиристор «зафиксирован».

Чтобы разблокировать тиристор, необходимо выполнить сброс схемы путем уменьшения анодно-катодного тока ниже порогового значения, известного как ток удержания.

Включение тиристора на уровне полупроводникового материала

Структура PNPN тиристора может быть интерпретирована как два транзистора, соединенные вместе. То есть ток коллектора от транзистора NPN питает базу транзистора PNP. Точно так же ток коллектора от транзистора PNP питает базу транзистора NPN.

Для фиксации тиристора и начала проведения тока сумма общей базы

коэффициенты усиления по току двух транзисторов должны превышать единицу.

Когда на вентиль подается положительный ток или кратковременный импульс, который в достаточной степени увеличивает коэффициент усиления контура до единицы, происходит регенерация. Это означает, что импульс заставляет транзистор NPN проводить ток, который, в свою очередь, смещает транзистор PNP в проводимость. Если

начальный пусковой ток на затворе удаляется, тиристор остается во включенном состоянии, пока ток через тиристор достаточно высок, чтобы соответствовать критериям единичного усиления.Это ток фиксации .

Тиристор может включиться и из-за лавинного пробоя блокировочного перехода. Чтобы тиристор включился, когда ток затвора равен нулю, приложенный ток должен достигнуть напряжения отключения тиристора. Это нежелательно, так как поломка приводит к повреждению устройства. Для нормальной работы тиристор выбирается так, чтобы его напряжение переключения было больше, чем наибольшее напряжение, которое будет испытываться от источника питания.Таким образом, включение тиристора может происходить только после того, как на затвор будет подан преднамеренный импульс, за исключением случаев, когда тиристор специально разработан для работы в режиме отключения. (См. Типы тиристоров с возможностью управляемого отключения ниже).

Тиристор выключения

Чтобы выключить тиристор, который зафиксирован (включен / включен), ток через него должен измениться так, чтобы коэффициент усиления контура был ниже единицы.Выключение начинается, когда ток становится ниже удерживающего.

Различные типы тиристоров и их применение

Тиристоры

можно классифицировать в зависимости от характера их поведения при включении и выключении, а также их характеристик напряжения и тока: Различные классы:

1. Тиристоры с возможностью включения (однонаправленное управление)
2. Тиристоры с возможностью отключения (однонаправленное управление)
3. Двунаправленное управление

1. Тиристоры с возможностью включения (однонаправленное управление)

1. Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR)

SCR — наиболее известные тиристоры. Как объяснено в общем описании тиристоров выше, тиристор остается зафиксированным даже при снятии тока затвора. Чтобы разблокировать, необходимо снять ток между анодом и катодом или сбросить анод до отрицательного напряжения относительно катода. Эта характеристика идеальна для регулирования фазы. Когда анодный ток становится нулевым, тиристор перестает проводить и блокирует обратное напряжение.

SCR используются в схемах переключения, приводах двигателей постоянного тока, статических переключателях переменного / постоянного тока и инвертирующих схемах.

2. Тиристор обратного тока (RCT)

Тиристоры обычно пропускают ток только в прямом направлении, но блокируют токи в обратном направлении. Однако RCT состоит из SCR, интегрированного с обратным диодом, который устраняет нежелательную индуктивность контура и снижает переходные процессы обратного напряжения. RCT обеспечивает электрическую проводимость в обратном направлении с улучшенной коммутацией.

RCT используются в инверторах и приводах постоянного тока для мощных прерывателей.

3. Светоактивированный кремниевый выпрямитель (LASCR)

Они также известны как тиристоры с управляемым светом (LTT). Для этих устройств, когда легкие частицы попадают на обратно смещенный переход, количество электронно-дырочных пар в тиристоре увеличивается. Если сила света больше критического значения, тиристор включится. LASCR обеспечивает полную электрическую развязку между источником света и переключающим устройством преобразователя мощности.

LASCR используются в передающем оборудовании HVDC, компенсаторах реактивной мощности и генераторах импульсов большой мощности.

1. Тиристоры с возможностью отключения (однонаправленное управление)

Традиционные тиристоры, такие как тиристоры, включаются при подаче достаточного количества управляющего импульса. Чтобы отключить их, необходимо отключить главный ток. Это неудобно в схемах преобразования постоянного тока в переменный и постоянного в постоянный, где ток, естественно, не становится нулевым.

1. Затвор запорный тиристор (ГТО)

GTO отличается от стандартного тиристора тем, что его можно отключить, подав отрицательный ток (напряжение) на затвор, не требуя снятия тока между анодом и катодом (принудительная коммутация). Это означает, что GTO может быть выключен стробирующим сигналом с отрицательной полярностью, что делает его полностью управляемым переключателем. Его также называют коммутатором, управляемым воротами, или GCS. Время выключения GTO примерно в десять раз меньше, чем у эквивалентного SCR.

GTO

с возможностью обратной блокировки, сравнимой с их номинальным напряжением в прямом направлении, называются симметричными GTO. Асимметричные GTO не обладают значительной возможностью блокировки обратного напряжения. GTO с обратной проводкой состоят из GTO, интегрированного с встречно-параллельным диодом. Асимметричные GTO — самая популярная разновидность на рынке.

GTO используются в приводах двигателей постоянного и переменного тока, мощных инверторах и стабилизаторах переменного тока.

2. МОП отключающий тиристор (МТО)

MTO — это комбинация GTO и MOSFET для улучшения отключающей способности GTO.GTO требует подачи большого тока отключения затвора, пиковая амплитуда которого составляет около 20-35% от анодно-катодного тока (ток, который необходимо контролировать). MTO имеет два управляющих терминала, затвор включения и затвор выключения, также называемый затвором MOSFET.

Чтобы включить MTO, приложенный импульс затвора достаточной величины вызывает фиксацию тиристора (аналогично SCR и GTO).

Для выключения MTO на затвор полевого МОП-транзистора подается импульс напряжения.Включается полевой МОП-транзистор, который закорачивает эмиттер и базу NPN-транзистора, тем самым останавливая фиксацию. Это гораздо более быстрый процесс, чем GTO (примерно 1-2 мкс), и в этом случае большой отрицательный импульс, приложенный к затвору GTO, направлен на извлечение достаточного тока из базы NPN-транзистора. Кроме того, более быстрое время (MTO) устраняет потери, связанные с текущей передачей.

MTO используются в высоковольтных устройствах до 20 МВА, моторных приводах, гибких линиях передачи переменного тока (FACT) и инверторах источников напряжения для высокой мощности.

3. Эмиттер выключения тиристоров (ЭТО)

Как и MTO, ETO имеет два вывода, нормальный затвор и второй затвор, соединенные последовательно с полевым МОП-транзистором.

Чтобы включить ETO, на оба логических элемента подается положительное напряжение, что приводит к включению NMOS и выключению PMOS. Когда в нормальный затвор подается положительный ток, ETO включается.

Для выключения, когда на затвор MOSFET подается сигнал отрицательного напряжения, NMOS выключается и передает весь ток от катода. Процесс фиксации останавливается, и ETO выключается.

ETO

применяются в инверторах источников напряжения для высокой мощности, гибких линиях передачи переменного тока (FACT) и статических синхронных компенсаторах (STATCOM).

1. Двунаправленное управление

Обсуждаемые до сих пор тиристоры были однонаправленными и используются в качестве выпрямителей, преобразователей постоянного тока в постоянный и инверторов. Чтобы использовать эти тиристоры для управления напряжением переменного тока, два тиристора должны быть соединены встречно параллельно, в результате чего получатся две отдельные схемы управления, которые потребуют большего количества проводных соединений.Двунаправленные тиристоры, которые могут проводить ток в обоих направлениях при срабатывании триггера, были разработаны специально для решения этой проблемы.

1. Триод переменного тока (TRIAC)

Тиристоры

— вторые по распространенности тиристоры после тиристоров. Они могут обеспечить управление обеими половинами переменного сигнала, тем самым более эффективно используя доступную мощность. Однако симметричные преобразователи частоты обычно используются только для приложений с низким энергопотреблением из-за присущей им несимметричной конструкции.В приложениях с высокой мощностью симисторы имеют некоторые недостатки при переключении при разных напряжениях затвора в течение каждого полупериода. Это создает дополнительные гармоники, которые вызывают дисбаланс в системе и влияют на характеристики ЭМС.

Маломощные триаки используются в качестве регуляторов света, регуляторов скорости электрических вентиляторов и других электродвигателей, а также в компьютерных схемах управления бытовой техникой.

2. Диод переменного тока (DIAC)

DIACS — это маломощные устройства, которые в основном используются вместе с TRIACS (размещены последовательно с выводом затвора TRIAC).

Поскольку TRIAC по своей природе несимметричны, DIAC предотвращает протекание любого тока через затвор TRIAC до тех пор, пока DIAC не достигнет своего триггерного напряжения в любом направлении. Это гарантирует, что TRIACS, используемые в переключателях переменного тока, срабатывают равномерно в любом направлении.

DIAC находятся в диммерах лампочек.

3. Кремниевый диод переменного тока (SIDAC)

SIDAC электрически ведет себя так же, как DIAC.Основное различие между ними состоит в том, что SIDAC имеют более высокое напряжение отключения и большую мощность, чем DIAC. SIDAC — это пятиуровневое устройство, которое можно использовать непосредственно в качестве переключателя, а не в качестве триггера для другого коммутационного устройства (например, DIAC для TRIACS).

Если приложенное напряжение совпадает или превышает напряжение отключения, SIDAC начинает проводить ток. Он остается в этом проводящем состоянии даже при изменении приложенного напряжения до тех пор, пока ток не станет ниже его номинального тока удержания.SIDAC возвращается в непроводящее состояние, чтобы повторить цикл.

SIDAC используются в релаксационных генераторах и других устройствах специального назначения.

Щелкните здесь, чтобы купить тиристоры или другие устройства защиты цепей от MDE Semiconductor.

Наши двухконтактные тиристоры серии P разработаны для телекоммуникационной отрасли. Эти продукты обеспечивают защиту в соответствии с FCC Part 68, UL 1459, Bellcore 1089.ITU-TK, 20 и K. 21

Тиристоры | ВИШАЙ (ИК) — DACPOL

• ПРОДУКТЫ
  • Полупроводники
  • Электрические преобразователи
  • Электрические измерения (шунты,
    датчики, измерители, трансформаторы)
  • Пассивные компоненты
  • Реле и контакторы
  • Сердечники и другие индуктивные компоненты
    
  • Радиаторы, варисторы, тепловая защита
    
  • Вентиляторы
  • Кондиционер, аксессуары для электрических шкафов
    , охладители
  • Источники питания и инверторы
  • Аккумуляторы, зарядные устройства, буферное питание
    Источники питания и инверторы
  • Автоматика
  • Кабели, литц-провода, кабелепроводы, гибкие
    соединения
  • Изоляционные материалы
  • Электрические соединители
  • Инфракрасные лампы, УФ-лампы и LED
    Освещение
  • Промышленное светодиодное освещение
  • Подузлы оборудования силовой электроники
    
  • Промышленные корпуса, клавиатуры,
    Защита от электромагнитных / радиопомех
  • Разные
  • Компоненты для опасных зон и взрывоопасных сред
    [Ex]

  • ПОКАЗАТЬ ВСЕ КАТЕГОРИИ ТОВАРОВ

• заявка
• МАГАЗИН
  • Полупроводники
  • Электрические преобразователи
  • Электрические измерения (шунты,
    датчики, измерители, трансформаторы)
  • Пассивные компоненты
  • Реле и контакторы
  • Вентиляторы
  • Кондиционер, аксессуары для электрических шкафов
    , охладители
  • Источники питания и инверторы
  • Аккумуляторы, зарядные устройства, буферное питание
    Источники питания и инверторы
  • Автоматика
  • Кабели, литц-провода, кабелепроводы, гибкие
    соединения
  • Электрические соединители
  • Инфракрасные лампы, УФ-лампы и LED
    Освещение
  • Промышленное светодиодное освещение
  • Промышленные корпуса, клавиатуры,
    Защита от электромагнитных / радиопомех
  • Разные
  • Компоненты для опасных зон и взрывоопасных сред
    [Ex]
• СЕРВИС DACPOL

.