Тиристорный выключатель: принцип работы и применение в электрических сетях

alexxlabРазное
Как работает тиристорный выключатель постоянного тока. Какие преимущества дает использование тиристорных выключателей. Где применяются тиристорные выключатели в энергетике. Какие особенности конструкции имеют современные тиристорные выключатели.

Содержание

Принцип работы тиристорного выключателя постоянного тока

Тиристорный выключатель постоянного тока представляет собой полупроводниковое устройство, предназначенное для быстрого отключения цепей постоянного тока. Его работа основана на принципе принудительной коммутации тиристоров.

Основными элементами тиристорного выключателя являются:

  • Силовой тиристор, включенный последовательно с нагрузкой
  • Коммутирующий конденсатор
  • Вспомогательный (коммутирующий) тиристор
  • Элементы управления

При подаче управляющего сигнала на вспомогательный тиристор происходит следующее:

  1. Вспомогательный тиристор открывается
  2. Конденсатор разряжается через силовой тиристор
  3. Ток в силовом тиристоре падает до нуля, он закрывается
  4. Цепь нагрузки разрывается

Весь процесс отключения занимает доли миллисекунды, что обеспечивает высокое быстродействие тиристорного выключателя.


Преимущества использования тиристорных выключателей

Применение тиристорных выключателей в электрических сетях дает ряд существенных преимуществ по сравнению с традиционными механическими коммутационными аппаратами:

  • Высокое быстродействие (время отключения менее 1 мс)
  • Отсутствие подвижных частей и электрической дуги
  • Возможность частых коммутаций без износа
  • Бесшумность срабатывания
  • Высокая надежность
  • Возможность управления по слаботочным цепям

Эти преимущества позволяют эффективно использовать тиристорные выключатели в системах защиты, автоматики и управления электроэнергетических объектов.

Области применения тиристорных выключателей в энергетике

Тиристорные выключатели нашли широкое применение в различных областях электроэнергетики:

Защита электрических сетей

Тиристорные выключатели используются в качестве быстродействующих устройств защиты от коротких замыканий и перегрузок в сетях постоянного тока. Их высокое быстродействие позволяет ограничить ток КЗ на начальной стадии.

Коммутация конденсаторных батарей

Тиристорные коммутаторы обеспечивают включение и отключение конденсаторных батарей без бросков тока, что повышает срок их службы. Это особенно актуально для систем компенсации реактивной мощности.


Управление электроприводами

В системах управления электроприводами постоянного тока тиристорные выключатели используются для быстрого реверса и торможения двигателей.

Электротранспорт

На электровозах и электропоездах тиристорные выключатели применяются в качестве главных выключателей, обеспечивая защиту силовых цепей.

Особенности конструкции современных тиристорных выключателей

Конструкция современных тиристорных выключателей имеет ряд особенностей, направленных на повышение их надежности и функциональности:

  • Использование модульного принципа построения
  • Применение оптоэлектронных элементов в цепях управления
  • Встроенная система диагностики и самоконтроля
  • Наличие интерфейсов для интеграции в АСУ ТП
  • Двухступенчатые схемы коммутации для снижения перенапряжений

Это позволяет создавать высоконадежные и функциональные устройства, отвечающие современным требованиям энергетики.

Перспективы развития тиристорных выключателей

Дальнейшее развитие тиристорных выключателей связано со следующими направлениями:


  • Повышение коммутируемой мощности
  • Снижение потерь в открытом состоянии
  • Расширение функциональных возможностей
  • Интеграция с цифровыми системами управления

Это позволит расширить области применения тиристорных выключателей и повысить эффективность их использования в энергетических системах.

Сравнение тиристорных и традиционных выключателей

По сравнению с традиционными механическими выключателями, тиристорные аппараты имеют ряд преимуществ и недостатков:

Преимущества тиристорных выключателей:

  • Высокое быстродействие (менее 1 мс)
  • Отсутствие механического износа
  • Бесшумность работы
  • Возможность частых коммутаций

Недостатки тиристорных выключателей:

  • Более высокая стоимость
  • Наличие потерь в открытом состоянии
  • Чувствительность к перенапряжениям
  • Сложность конструкции

При выборе типа выключателя необходимо учитывать конкретные условия применения и требования к коммутационному аппарату.

Расчет параметров тиристорного выключателя

При проектировании тиристорного выключателя важно правильно рассчитать параметры его основных элементов. Рассмотрим основные этапы расчета:


Выбор силового тиристора

Силовой тиристор выбирается по следующим параметрам:

  • Максимальный ток нагрузки
  • Максимальное обратное напряжение
  • Время выключения

Расчет емкости коммутирующего конденсатора

Минимальная емкость конденсатора определяется по формуле:

C = (tq * kq * Ik) / U

где:

  • tq — время выключения тиристора
  • kq — коэффициент запаса (1.5-2)
  • Ik — ток коммутации
  • U — напряжение источника питания

Выбор элементов схемы управления

Элементы схемы управления выбираются исходя из требуемого быстродействия и надежности срабатывания выключателя.

Правильный расчет параметров позволяет обеспечить надежную работу тиристорного выключателя в заданных условиях эксплуатации.


Быстродействующий тиристорный выключатель постоянного тока

Принудительная коммутация (выключение) тиристоров яв­ляется основой работы полупроводниковых аппаратов постоян­ного тока и средством повышения быстродействия при отклю­чении  аппаратов переменного тока. Существуют различные схемные решения, которые обеспечивают кратковременное сни­жение тока в цепи с тиристорами до нуля и их выключение. Но практическое применение в электрических аппаратах нашли только конденсаторные схемы принудительной коммутации, принцип действия которых рассмотрен на примере рис. 8.1, б. Надо отметить, что по структуре, определяющей соединение элемен­тов коммутирующего контура и подключение его к выключае­мым тиристорам, узлы принудительной коммутации в аппаратах переменного тока и в аппаратах постоянного тока имеют су­щественные отличия. Однако принцип их работы, задачи и ме­тоды расчета элементов контура являются общими, которые можно рассмотреть на примере простой схемы выключателя постоян­ного тока (рис. 8.2). По характеру протекающих процессов она практически не отличается от уже рассмотренной схемы на рис.8.1, б. Однако замена механического контакта дополни­тельным тиристором VS2 позволяет существенно улучшить коммутационные характеристики аппарата и делает его более чувствительным к управлению.

Из рис. 8.2 видно, что вспомогательный (коммутирующий) тиристор VS2 может быть включен либо от анодного напряже­ния (замыканием кнопки «Стоп»), либо напряжением, снимае­мым с измерительного резистора Rш.  В последнем случае напряжение на резисторе должно превысить значение, рав­ное U = Uу + UVD+ Uст, где            Uу – напряжение управления, доста­точное для надежного включения тиристора VS2;

UVD – паде­ние напряжения на диоде VD2 и Uст – напряжение стабилиза­ции (переключения) стабилитрона VD1.


В аварийных режимах работы, сопровождающихся много­кратным увеличением тока по отношению к номинальному, от­ключение цепи осуществляется автоматически при включении тиристора VS2. Регулированием сопротивления Rш и подбором стабилитрона по параметру Uст можно заранее задать значение тока перегрузки или тока короткого замыкания (КЗ), при кото­рых произойдет отключение выключателя.

Причем высокое бы­стродействие выключателя позволяет прервать ток КЗ задолго до того момента, когда он достигнет максимального значения.

В оперативном режиме включение и отключение номиналь­ных токов производятся замыканием управляющих цепей тиристоров VS1 и VS2 соответственно кнопками управления «Пуск» и «Стоп».

Ограничение тока в управляющих цепях тиристоров осуществляется резисторами Rу. Работа схемы в этом режиме при активной нагрузке поясняется временными диаграммами на рис. 8.3.

Для надежного выключения тиристора VS1 необходимо, чтобы схемное время tс, показанное на графике изменения на­пряжения UVS1 = f(t), было больше времени выключения тири­стора. В противном случае тиристор может вновь перейти в проводящее состояние под воздействием прямого напряжения, которое прикладывается к нему в процессе перезарядки конден­сатора.

Минимальную емкость конденсатора, обеспечивающую под­держание обратного напряжения на тиристоре VS1 в течение времени tс, можно определить из анализа коммутационных процессов, происходящих непосредственно после включения ти­ристора VS2. Предполагая, что запирающая способность тири­стора VS1 в обратном направлении восстанавливается мгно­венно, уравнение разрядки кон­денсатора после включения тиристора VS2 запишем в виде

,

где U – напряжение источника питания; i – ток через последо­вательно соединенные Rн, Ск, VS2.

Со­отношение между емкостью конденсатора Ск и схемным вре­менем определяется следующим образом:

.

Учитывая, что взаимосвязь между сопротивлением Rн и то­ком в коммутируемой цепи Ik при напряжении источника U выражается формулой U=RнIk, последнее уравнение можно переписать так:

.

Надежное выключение тиристора VS1, обладающего време­нем выключения, равным tq, будет при tc³ tqkq ,

где kq= 1,5…2 – коэффициент, учитывающий измене-   ние tq при несовпадении тем­пературы pn-структуры, коммутируемого тока, обратного на­пряжения и скорости приложения прямого напряжения с клас­сификационными значениями. Следовательно, минимальная ем­кость коммутирующего конденсатора должна удовлетворять ус­ловию

.

Если нагрузка активно-индуктивная, то для обеспечения рас­сеяния энергии, запасенной в индуктивных элементах к мо­менту прерывания тока, она должна шунтироваться диодом, как это показано на рис. 8.2 штриховой линией. Расчет Ckв этом случае основывается на допущении, что ток нагрузки в тече­ние всего интервала коммутации остается неизменным. Конден­сатор Ck при этом будет разряжаться с постоянной скоростью. Минимальная емкость конденсатора должна быть

.

Если аппарат предназначен для отключения аварийных токов, собственная индуктивность элементов контура является недостаточной для ограничения до значений, выдерживае­мых низкочастотными тиристорами. В этом случае необходимо последовательно с коммутирующим тиристором включать до­полнительно реактор индуктивностью Lk(на рис. 8.2 это соот­ветствует переведению переключателя S в положение 2). Пара­метры элементов контура коммутации при шунтировании сило­вого тиристора VS1 обратно включенным диодом определяются выражениями

,

.

Отметим характерные для выключателей с емкостной коммута­цией тиристоров особенности.

1) При включении коммутирующего тиристора источник пи­тания и заряженный до напряжения источника конденсатор ока­зываются соединенными последовательно. Это вызывает скачко­образное увеличение тока в цепи до значения Iн=2U/Rн, что неблагоприятно сказывается на нагрузке, особенно при отклю­чении аварийных токов.

2) Интервал времени t = t3 – t1 (рис. 8.2),  в течение которого конденса­тор Ck перезаряжается, определяет быстродействие выключа­теля при отключении и частоту коммутаций. При повторном включении тиристора VS1 конденсатор вновь должен перезаря­диться и тем самым обеспечить готовность к последующему от­ключению аппарата. Для сокращения времени перезарядки кон­денсатора необходимо уменьшать постоянную цепи зарядки t=R1Ck. Так как емкость Ck обусловлена схемным временем tс, это можно достичь уменьшением сопротивления резистора R1.

3) Процесс отключения тока в цепи нагрузки заканчивается выключением тиристора VS2.

Для этого необходимо обеспечить ограничение тока резистором R1 (после перезарядки конденса­тора Ck) до значений I£Iн тиристора. Ввиду того, что ток удер­жания мощных тиристоров составляет десятки или сотни милли­ампер, сопротивление резистора R1 должно быть достаточно большим, что противоречит требова­нию предыдущего пункта.

Поэтому, чтобы не снизить частоту коммутаций выключа­теля, зарядка конденсатора Ck осуществляется обычно с по­мощью дополнительной зарядной цепи с малой постоянной вре­мени t от автономного источника питания.

4) Важной задачей при создании выключателей с емкостной коммутацией тиристоров является ограничение перенапряже­ний, возникающих на конденсаторе Ck.

Для ограничения уровня перенапряжений до приемлемых значений необходимо использовать различные дополнительные меры, например, применение двухконтурных или двух-ступенчатых коммутирую­щих узлов, с помощью которых реализуется снижение скорости спада тока в процессе его отключения и существенное умень­шение перенапряжений.

Рассмотрим в качестве примера один из способов снижения коммутационных перенапряжений в полупроводниковых аппаратах постоянного тока.

Перенапряжения в процессе отключения аппарата обуслов­лены, в основном,   колеба-тельным характером перезарядки ком­мутирующего конденсатора. Уровень их зависит от параметров отключаемой цепи и динамических характеристик, используемых в сило-вой цепи СПП. Так как перенапряжения определяют тре­бования к изоляции защищаемого оборудования и изоляции са­мих аппаратов, влияют на габариты, стоимость и надежность работы систем электроснабжения в целом, необходимо стре­миться к их понижению.

В тиристорных аппаратах с емкостной коммутацией ограни­чение перенапряжений может быть достигнуто различными спо­собами. Наиболее простой из них заключается в подключении параллельно конденсатору на определенном этапе его переза­рядки линейного или нелинейного резистора. Сущность такого подхода заключается в демпфировании колебаний за счет уве­личения коэффициента их затухания. В выключателях постоян­ного тока использование линейных резисторов для шунтирования конденсаторов Ск связано с необходимостью введения в схему дополнительного коммутационного узла (обычно тиристорного), обеспечивающего прерывание тока в резисторе.

Один из возможных вариантов исполнения выключателей с двухступенчатой коммутацией тока представлен на рис. 8.4. Го­товность к отключению в схеме этого аппарата обеспечивается предварительной зарядкой конденсатора Ск от сети с указанной на рис. 8.4 полярностью. Для этого необходимо включить тиристоры VS2 и VS5, подав на них управляющие сигналы. Ток зарядки конден­сатора Ск протекает через элементы схемы LI, L2, R1, VS5, Ск, перемычку П, VS2, L3. По мере зарядки конденсатора ток в цепи тиристоров VS2, VS5 уменьшается и, когда он стано­вится меньше тока удержания, тиристоры самостоятельно вы­ключаются. При длительном номинальном режиме напряжение на конденсаторе Ск постепенно уменьшается из-за несовершен­ства собственной изоляции и вследствие утечки заряда через подключенные к конденсатору цепи с тиристорами. Для пред­отвращения значительного снижения напряжения система уп­равления должна обеспечивать периодическое включение тири­сторов VS2 и VS5. В результате на конденсаторе Ск будет ав­томатически поддерживаться постоянное напряжение, равное практически напряжению сети. Реакторы LI, L2, L3 в схеме необходимы для ограничения скорости нарастания тока при включении тиристоров и реализации колебательного режима переходных процессов.

При возникновении короткого замыкания и достижении то­ком значения уставки Iу системой управления включа­ются тиристоры VS3 и VS4. В результате выключается тиристор VS1. После изменения полярности напряжения на конденсаторе и повыше­ния его до заданного значения системой управления выда­ется сигнал на включение тиристора VS5. При этом парал­лельно конденсатору подключается резистор R1, способствую­щий ограничению дальнейшего повышения напряжения на конденсаторе.   Начиная с этого момента напряжение на кон­денсаторе уменьшается вместе с уменьшением коммутируемого тока. Разрядка конденсатора осуществляется через тиристор VS3, а после его выключения – через диод VD1.

Второй этап коммутационных процессов начинается непосредственно после выключения тиристора VS3 и снижения тока до значения, опре­деляемого общим сопротивлением внешней цепи и резистора R1. В этот момент времени системой управления включается тиристор VS2, и ток начинает протекать по цепи R1, VS5, Ск, П, VS2 и VD2.

В результате напряжение на кон­денсаторе вновь изменяет полярность. По достижении им амплитудного значения противоположной полярности  ток в нагрузке полностью преры­вается.

Так как полярность напряжения на конденсаторе после от­ключения соответствует исходному состоянию, выключатель го­тов к повторному срабатыванию. Причем в рассматриваемом случае, который соответствует индуктивному характеру на­грузки, напряжение на конденсаторе значительно превышает напряжение сети. При активной нагрузке напряжение на кон­денсаторе не достигает амплитудного значения, поэтому нет необходимо­сти включать тиристоры VS5 и VS2. В этом случае и после от­ключения тока остаточное напряжение на конденсаторе Uc<U. Для обеспечения готовности к работе конденсатор необходимо дозарядить.

К достоинствам принципиальных схем с двухступенчатой коммутацией тока следует отнести оптимальное использование конденсаторов, более высокие быстродействие и частоту вклю­чений. Однако это достигается значительным усложнением ком­мутирующего узла и системы управления, которая должна реа­гировать на многие параметры переходного процесса и обеспе­чивать определенную последовательность включения тиристоров.

Тиристорный выключатель — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Cтраница 1

Тиристорные выключатели и прерыватели также могут быть использованы в системах защиты от сверхтоков.  [1]

Схема выключателя постоянного тока с импульсным дуговым коммутатором.| Импульсный дуговой коммутатор.  [2]

Тиристорные выключатели, особенно для мощных цепей, должны иметь конденсаторы со значительной емкостью, которая обеспечивала бы как прерывание тока через тиристор Т, так и поглощение энергии, запасенной в индуктивностях отключаемой цепи. Тиристор Т2 должен быть рассчитан на протекание аварийного тока при большой скорости его нарастания dijdt или же di / dt необходимо ограничивать с помощью насыщающихся реакторов.  [3]

Тиристорные выключатели с импульсным дуговым коммутатором по разрывной способности не уступают контактным быстродействующим выключателям. По сравнению с тиристорными выключателями постоянного тока ( см. рис. 3.2) они имеют запаздывание на время работы поджигающего устройства.  [4]

Тиристорные выключатели переменного тока выполнены НЕ тиристорах 13, Дн и диодах Д — Д22 — Тиристор Д13 включек в диагональ моста из диодов Д — Дг2 — Ток в цепи нагрузкк протекает только тогда, когда диагональ мостовой схемы выпрямителя замкнута накоротко тиристором. Дм — При включении тиристора Д1Г через управляющую обмотку электродвигателя протекает ток определенной фазы.  [5]

В структурном плане тиристорный выключатель переменного тока ВП ( рис. 9.13) состоит из четырех функциональных систем.  [6]

При конструировании и использовании тиристорных выключателей ( пере-ключателей) следует иметь в виду, что в закрытом состоянии полупроводниковые приборы с четырехслойной структурой не обеспечивают полной развязки ( изоляции) источника питания и нагрузки, как это имеет место, например, при использовании механических выключателей.  [7]

Структурная схема регулирования КБ при помощи устройства АРКОН.  [8]

В качестве таких аппаратов применяются тиристорные выключатели.  [9]

Принципиально БАПВ можно также выполнить с тиристорными выключателями, разработка которых производится в настоящее время.  [10]

На базе гибридных коммутаторов могут быть созданы тиристорные выключатели переменного тока высокого напряжения.  [11]

На базе гибридных коммутаторов могут быть созданы тиристорные выключатели переменного тока высокого напряжения.  [12]

Для быстродействующего ступенчатого регулирования мощности батарей конденсаторов используются тиристорные выключатели.  [13]

Жидкометаллическое коммутационное устройство. а-по. б — по.  [14]

Характеристика жидкометаллического коммутационного устройства [8.

9] близка к характеристикам тиристорного выключателя. Привод устройства выполнен в виде катушек б и 7 переменного тока, включенных встречно.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Entes Electronics — Тиристорные переключатели

ENT-SC-225 Тиристорный переключатель
 
<< вернуться к списку товаров
 
Общая информация
Тиристорные выключатели серии SC используются в системах, содержащих быстропереключаемые индуктивные нагрузки. Конденсаторы, которые будут использоваться для обеспечения емкостной мощности системы, могут включаться и выключаться с временем переключения менее 20 мс (1 период) с помощью тиристорных переключателей серии SC, что обеспечивает более эффективную компенсацию быстрого переключения. нагрузки, такие как машины для прихватки, краны и дуговые печи.
 
Руководство пользователя
Загрузить руководство пользователя в формате PDF
 
  
увеличить изображение
Технические характеристики
Реактивная мощность (кВАр) при 400 В: 25 Макс. Рабочее напряжение: 480
Треугольник с 2 тиристорами: Звезда с 3 Тиристорами:
Светодиодный дисплей: Внутренняя тепловая защита:
Тепловой вход реактора: Вход запуска постоянного тока:
Связь RS 485 / MODBUS-RTU: шт. /кор.: 1
 
<< вернуться к списку товаров
 

Тиристорные переключатели

Тиристорные переключатели

Sprungziele

  • Zum Kurzmenü
  • zur Volltextsuche
  • zum Hauptmenü
  • zum Untermenü
  • zum Inhalt

Diese Webseite verwendet Cookies, um dem Betreiber das Sammeln und Analysieren statistischer Daten in anonymisierter Form zu ermglichen. Wenn Sie damit nicht einverstanden sind, нажмите Sie hier bitte auf Nein. Дополнительная информация