Для надёжного и точного перевода тиристора из закрытого состояния в открытое подают на управляющий электрод кратковременный импульс напряжения (рисунок 2.2.2), а для изменения выпрямленного напряжения регулируют момент подачи импульса по отношению к точке естественной коммутации диода.
Выпускают тиристоры различных серий на токи от 10 до 1000 А и допустимые обратные напряжения от 100 до 1200 В. Малое падение напряжения (0,7-1,5 В) в полупроводниковых приборах при номинальном токе обеспечивает высокий кпд тиристорных преобразователей.
2.3 Особенности тиристорных выпрямителей
Управляемые тиристорные выпрямители позволяют преобразовывать переменный ток в постоянный и плавно изменять выпрямленное напряжение от нуля до номинального значения.
Силовые схемы выпрямления для тиристоров анологичны схемам выпрямления с диодами. Для изменения выпрямленного напряжения необходимо иметь специальное устройство, называемое системой импульсно-фазового управления (СИФУ), которое выполняет две функции: формирует управляющий импульс и смещает его по фазе относительно напряжения сети. Устройство СИФУ позволяет изменять угол регулирования α тиристорного преобразователя от 0 до 150-180 эл. град.
2.4 Трёхфазная нулевая схема
В трёхфазной нулевой схеме, где вместо диодов включены тиристоры (рисунок 2.4.1,а) управляющие импульсы, поступающие от СИФУ должны быть соответствующим образом сфазированы с напряжением трансформатора, т.е. подаваться в нужные моменты времени. Сдвиг импульсов относительно базовой точки происходит в сторону отставания. За базовые необходимо брать точки естественного отпирания тиристора (точки а, б, в, рисунок 2.4.1,б) Если управляющие импульсы подавать на тиристоры V1,V2 и V3 соответственно в точках а, б, в, получим наибольшее выпрямленное напряжении. При подаче управляющих импульсов с отставанием по отношению к точке естественного отпирания на угол альфа, то тиристоры открываются позже, а среднее выпрямленное напряжение будет меньше, чем наибольшее выпрямленное напряжение.
2.5 Трёхфазная мостовая схема
В трёхфазной мостовой схеме (рисунок 2.5.1) имеется шесть тиристоров, которые образуют две группы: с общим катодным выводом (V1, V3 и V5) и общим анодным выводом (V2, V4 и V6), а ток в любой момент протекает минимум через два тиристора, расположенных в разных группах. Надёжная работа тиристорного преобразователя возможна при одновременном открытии тиристоров обеих групп, что обеспечивается схемой управления СИФУ, в которой предусматривается формирование двух сдвоенных импульсов, сдвинутых относительно друг друга на 60 эл. град. В этом случае имеет место одновременная подача импульсов в тиристоры двух различных групп (V1 и V6, V1 и V2, V3 и V2 и т.д.). Наличие двух групп тиристоров обеспечивает шестифазное выпрямление (рисунок 2.5.2) напряжения.
2.6 Применение тиристорных преобразователей
Тиристорные преобразователи широко применяют для питания обмоток возбуждения и якоря электрических двигателей.
При питании обмотки возбуждения, которая обладает достаточно большой индуктивностью, не возникает особых осложнений. Более того, наличие индуктивности способствует сглаживанию тока в цепи нагрузки. При питании якоря двигателя необходимо учитывать, что при вращении последнего возникает противо-эдс, которая влияет на работу системы выпрямитель – двигатель, ухудшая характеристики электропривода.
Электрический ток проходит через двигатель, когда мгновенное значение выпрямленного напряжения будет больше противо-эдс. Таким образом ток якоря имеет прерывистый характер. Пульсирующий ток увеличивает тепловые потери. Для уменьшения и устранения зоны прерывистых токов, а также снижения пульсаций тока в якорную цепь включают сглаживающий дроссель. Ток в цепи нагрузки не может спадать мгновенно, так как в катушке индуктивности запасается электромагнитная энергия. Поэтому даже при напряжении преобразователя меньше противо-эдс двигателя, ток в якорной цепи может протекать за счет этой энергии, что позволяет снизить или вообще устранить зону прерывистых токов и уменьшить их пульсацию.
3. Устройство силовых блоков
Одним из основных узлов преобразователя является силовой выпрямительный ток, куда входят полупроводниковые приборы и охладители.
Для полупроводниковых приборов применяют 2 способа охлаждения: воздушное, жидкостное. Приборы на небольшие токи (10-25А) имеющие воздушное охлаждение снабжают охладителями в виде пластин.
Воздушные охладители для полупроводниковых приборов штыревого типа имеют радиаторы с резьбовым отверстием под шпильку на катодном выводе для диодов. Охладитель выполняют дл одного или нескольких полупроводниковых приборов. Воздушное охлаждение может быть естественным и принудительным.
Принудительное охлаждение предусматривает установку вентиляторов, которые продувают воздух, через вентиляционные каналы.
4. Монтаж и обслуживание преобразовательной полупроводниковой техники
Нормальная работа полупроводниковых преобразовательных устройств зависит от окружающей среды и условий эксплуатации. Как правило, агрегаты общепромышленного использования предназначены для работы в закрытых стационарных помещениях при следующих условиях: температура окружающей среды от 1 до 50˚C; относительная влажность воздуха не более 85-90% при 20˚ или 50% при 40˚C; отсутствие в окружающей среде агрессивных газов и паров, разрушающих металлы и изоляцию.
Преобразовательные агрегаты устанавливают на металлических, железобетонных перекрытиях или бетонных полах с креплением анкерного болтами или приваркой опорного пояса. На ровном полу с уклоном не более 1-2˚ шкаф закреплять не обязательно. После установки проверяют отвесом отклонение шкафа от вертикали, которое не должно превышать 5˚.
Для присоединения силовых токопроводов к преобразовательным шкафам необходимо использовать гибкие компенсаторы, что позволяет избежать возможных механических смещений оборудования внутри шкафа. Затяжку болтовых соединений ошиновки и кабельных линий выполняют вручную.
После окончания монтажных работ проверяют сопротивление изоляции силовых цепей напряжением выше 1000В (должно быть ниже 50МОм при комнатной температуре) и цепей управления (должно быть не ниже 0,5 МОм). В силовых цепях заземление проверяют мегомметром на 2,5 кВ, а в цепях управления – на 0,5 кВ. Все шкафы и элементы преобразовательных устройств необходимо заземлять в соответствии с ПУЭ.
Основное условие правильной работы тиристоров выпрямителя – обеспечение строгой последовательности и расположения во времени импульсов на соответствующих управляющих электродах (фазировка системы управления).
Для контроля за нормальным техническим состоянием преобразовательной техники предусматривают периодические (один раз в месяц) планово-предупредительные осмотры и профилактический ремонт (один раз в год).
При ежемесячной проверке проводят визуальный осмотр лакокрасочных покрытий, мест пайки, проверяют надёжность контактных соединений, а также чистоту охлаждающего воздуха для установок с принудительной вентиляцией. При содержании в воздухе посторонних частиц более 0,7 мг/м³ принимают меры по его отчистке.
Обслуживающий персонал проводит один раз в год следующие работы: удаляет сжатым воздухом пыль с ребристых поверхностей радиаторов, ячеек и кассет системы управления защиты; проверяет и подтягивает болтовые соединения; очищает кисточкой, смоченной бензином или уайт-спиритом, изоляцию ячеек, печатных плат, кассет с последующей просушкой обработанных изделий; протирает этиловым спиртом все контактные соединения; проверяет электрическую прочность и сопротивление изоляции в соответствии с ГОСТом и инструкцией по эксплуатации преобразовательных установок, а так же состояние заземляющих устройств в соответствии с ПУЭ.
При аварийной ситуации в кратчайшие сроки выполняют следующие работы: переводят питание двигателя или другого преобразователя постоянного тока на резервный источник (если он предусмотрен) и по схеме в определённой последовательности выявляют неисправность. Современные преобразовательные агрегаты оснащают устройствами диагностики, что облегчает задачу обслуживающего персонала по обнаружению неисправности и, в частности, помогает обнаружить вышедший из строя полупроводниковый прибор, который необходимо заменить. Вышедший из строя диод или тиристор заменяют в такой последовательности: снимают индивидуальный охладитель вышедшим из строя прибором; подбирают прибор с такими же параметрами, которые имел вышедший из строя прибор; устанавливают новый прибор.
5. Охрана труда
5.1 Горючие электроизоляционные материалы
Горючими в электроустановках являются изоляционные масла в выключателях и трансформаторах, изоляционная резина, пластмассы, лаки, бумажная и полиэтиленовая изоляция кабелей, водород, применяемый для охлаждения генераторов и синхронных компенсаторов и выделяющийся при заряде аккумуляторных батарей.
5.2 Причины пожаров в электроустановках
Основными причинами пожаров в электроустановках являются короткие замыкания в электрических сетях, машинах и аппаратах; токовые перегрузки; перегревы мест соединения токопроводящих частей из-за больших переходных сопротивлений; электрическая дуга и искрения; воспламенения горючих материалов, находящихся возле электроприемников, оставленных без присмотра, и др.
5.3 Причины короткого замыкания в электроустановках
Короткие замыкания возникают в результате нарушения изоляции токопроводящих частей, механических воздействий, увлажнения, воздействия химически активных веществ. Короткие замыкания могут возникнуть от перегрузки сетей током. Под воздействием большого рабочего тока, на который изоляция проводов и обмоток не рассчитана, возникает её перегрев, пробой и короткое замыкание. При этом мгновенно увеличивается ток во всех элементах электрической цепи и начинает выделяться большое количество теплоты. Электропроводка не в состоянии отдать эту теплоту в окружающую среду: происходит её воспламенение. Перегрузки и короткие замыкания недопустимы в любых случаях. Для их предотвращения необходимо, чтобы параметры сетей (марка проводов и кабелей, прокладка, сечение жил, исполнение, класс изоляции машин и т.п.) соответствовали электрическим параметрам (току, напряжению, нагрузке). Следует строго соблюдать периодичность и качество осмотров, ремонтов, испытаний электрооборудования.