Раздел: Документация
0 ... 39 40 41 42 43 44 45 ... 49 ГЛАВА ШЕСТАЯ ПРИМЕНЕНИЕ СИЛОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ 6.1. ОБЛАСТИ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ Наиболее распространенным видом силовых электронных устройств являются выпрямительные устройства. Они составляют основу большинства маломощных вторичных источников питания, используемых в аппаратуре радиоэлектроники и автоматики. Как правило, указанная аппаратура получает электропитание от промышленной сети в виде однофазного переменного тока со стандартными параметрами. В то же время многие функциональные узлы и элементы этой аппаратуры (релейная автоматика, полупроводниковые элементы, микродвигатели и др.) нуждаются в электропитании постоянным током. Преобразование напряжения переменного тока в постоянный осуществляется чаще всего встроенными в аппаратуру вторичными источниками питания, содержащими понижающие трансформаторы с требуемым числом вторичных обмоток и однофазными двухполупериодными выпрямителями. Обычно выпрямители малой мощности выполняются неуправляемыми (на диодах), а стабилизация их выходного напряжения осуществляется по входу или выходу регуляторами-стабилизаторами (см. гл. 3). Характерными значениями выходных напряжений таких выпрямителей являются 24; 12,5; 5 В при мощностях от долей до сотен ватт. Для аппаратуры с большей мощностью потребления рациональней становится электропитание от трехфазной сети переменного тока. Соответственно вторичные источники питания для такой аппаратуры выполняются на основе трехфазных выпрямителей. Экономически выгодной схемой выпрямления в этих случаях является трехфазная мостовая схема. При этом собственно вторичный источник питания целесообразно разрабатывать в виде отдельного конструктивно законченного устройства. В сложных, разветвленных системах желательно использовать централизованные вторичные источники питания, рассчитанные на электропитание групп однофазных по функциям потребителей. В области электропривода выпрямительные устройства на тиристорах широко используются для регулирования скорости двигателей постоянного тока за счет изменения напряжения на якоре двигателя или на обмотке возбуждения. Регулирование может быть осуществлено и сочетанием обоих способов. Управление реверсом осуществляется изменением полярности напряжения на якоре двигателя или на его обмотке возбуждения. Изменение полярности производится контактным или УР I---Г1  I-----1 Рис. 6.1. Схема бесконтактного переключения полярности напряжения на якоре двигателя постоянного тока бесконтактным способом. В первом случае используют различного рода электромеханические переключатели и контакторы постоянного тока, а во втором — выпрямители с двумя комплектами тиристоров. На рис. 6.1 представлена схема бесконтактного переключения полярности напряжения на якоре двигателя (реверсирования). Схема с бесконтактным переключением обладает лучшими показателями в части быстродействия, надежности и пр. При бесконтактном управлении двигатель получает питание от выпрямителя bt или в2. При одновременной работе обоих выпрямителей между ними возникает уравнительный ток, для ограничения которого вводятся уравнительные реакторы УР. Изменение направлений вращения двигателя можно осуществить выключением тиристоров одного выпрямителя (например, снятием управляющих импульсов) и включением другого выпрямителя (например, подачей управляющих импульсов). Однако перед изменением направления вращения двигателя его необходимо затормозить. Управляемые выпрямители позволяют осуществить эффективное торможение двигателя посредством рекуперации энергии в сеть (см. § 3.1). Для этого вступающие в работу тиристоры сначала переводятся в ин-верторньщ режим работы, а после окончания процесса торможения—в выпрямительный режим. Выпрямительные агрегаты для управления режимами работы электродвигателей постоянного тока разрабатываются обычно на средние и большие мощности. Так, например, для питания электродвигателей приводов прокатных станов разработаны тиристорные агрегаты мощностью свыше 10 МВт. Большинство выпрямительных агрегатов имеет конструктивное исполнение в виде металлических шкафов с естественным или принудительным охлаждением. Как правило, все они имеют собственные средства автоматического управления, защиты контроля и диагностики. Большое распространение выпрямительные агрегаты для управления двигателями постоянного тока получили на транспорте. Выпрямительные агрегаты устанавливаются либо непосредственно на подвижном составе, либо на тяговых подстанциях железнодорожного и городского транспорта. Чаще всего используется трехфазная мостовая схема выпрямления. С подстанции напряжение постоянного тока подается в контактную сеть железной дороги, причем положительный полюс выпрямительного агрегата соединяется с - контактным проводом, а отрицательный—с рельсами. При размещении выпрямительных агрегатов непосредственно на подвижном составе обычно к контактной сети подводится однофазное переменное напряжение, которое поступает на вход выпрямительных агрегатов. Последние выполняются в этом случае по однофазной мостовой схеме или по схеме со средней точкой. Следует отметить, что в целях повышения коэффициента мощности в выпрямителе для транспортного электропривода обычно используют комбинированный способ регулирования выходного напряжения: переключение отводов входного трансформатора с одновременным фазовым управлением (см. § 2.3). Перспективной областью применения мощных выпрямителей являются линии передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения. Они обладают рядом преимуществ перед линиями переменного тока. Основным преимуществом является возможность передачи электроэнергии на большие расстояния, что технически трудно осуществимо на переменном токе. Выпрямители для линий электропередачи выполняются на основе тиристорных высоковольтных блоков. Эти блоки представляют собой набор последовательно-параллельно соединенных тиристоров, объединенных по секциям в отдельные модули. На основе таких модулей можно создавать выпрямители на напряжения свыше 100 кВ и токи свыше 1000 А. Постоянный ток широко используется также в электрометаллургии и электрохимии для электролиза цветных металлов и различных химических элементов, управления технологическими процессами, электрической обработки металлов и др. Выпрямители, используемые в этих отраслях промышленности, обычно имеют широкий диапазон регулирования выходного напряжения с существенно различными номинальными значениями от нескольких вольт до десятков киловольт. Например, для питания плазмотронов на предприятиях цветной металлургии и химической промышленности используются высоковольтные выпрямители с регулированием выходного напряжения от нуля до номинального значения, равного 8 кВ или 14 кВ в зависимости от типа исполнения. Для питания гальванических ванн используются выпрямители с напряжением от 3 до 12 В и номинальными токами от сотен до нескольких тысяч ампер. Спецификой выпрямительных агрегатов для гальванотехники является низкое значение выходного напряжения при больших токах. Поэтому они обычно выполняются по схемам со средней точкой. Управляемые выпрямители находят широкое применение для питания электросварочных агрегатов. Особенностью этих выпрямителей является крутопадающий характер внешней характеристики (зависимости выходного напряжения от нагрузки). Кроме того, выпрямители для сварочных агрегатов должны обеспечивать регулирование выходных параметров в широком диапазоне, что позволяет поддерживать горение электрической дуги в заданном режиме. При использовании мощных выпрямителей следует учитывать то, что они являются источниками высших гармоник тока в сеть и вызывают искажение сетевого напряжения. Особенно явно это проявляется при питании выпрямителя от первичного источника соизмеримой мощности. Кроме того, при глубоком регулировании угла управления а существенно ухудшается коэффициент мощности coscp выпрямителя. Наиболее эффективным способом устранения этих недостатков управляемых выпрямителей является использование схем с модуляцией на повышенной частоте первичных токов по синусоидальному закону с опережающим углом управления а. Для этого необходимо осуществлять принудительную коммутацию тиристоров. Перспективной элементной базой для реализации указанных принципов являются запираемые тиристоры. Выпрямительные агрегаты широко используются для питания систем возбуждения различных генераторов. Например, для систем возбуждения турбогенераторов разработаны выпрямительные агрегаты на токи 3000 А и напряжения до 500 В с водяным охлаждением. Агрегаты выполнены на основе трехфазной мостовой схемы выпрямления. Использование электроэнергии на постоянном токе тесно связано с применением различных типов аккумуляторных батарей. Для заряда их при эксплуатации разработаны специальные выпрямительные агрегаты, именуемые обычно зарядными устройствами. Большинство типов этих устройств рассчитано на работу со стабилизируемым постоянным током, значение которого плавно или дискретно устанавливается оператором. Многие перспективные области техники связаны с применением импульсных накопительных устройств. Например, в лазерных установках используются накопители энергии, которая реализуется в форме мощных кратковременных импульсов. Заряд таких накопительных устройств осуществляется, как правило, от выпрямителей различного схемотехнического исполнения. Очень широко используются выпрямители в качестве отдельных промежуточных звеньев других видов преобразователей, например преобразователей частоты, преобразователей постоянного тока в постоянный и др. Инверторы, ведомые сетью (зависимые), находят основное применение в системах электропередачи. Так, например, для передачи электроэнергии из одной энергосистемы в другую, обладающих значительным различием параметров; в частности по стабильности или номинальным значениям частот, используются так называемые вставки, представляющие собой высоковольтные выпрямительно-инверторные подстанции. На этих подстанциях переменное напряжение одной энергосистемы выпрямляется и в виде постоянного тока подается на зависимый инвертор, осуществляющий передачу электроэнергии постоянного тока в электроэнергию переменного тока другой энергосистемы. Обычно такие преобразователи являются реверсивными в том смысле, что каждый из них может работать как в выпрямительном, так и инверторном режимах, изменяя направление потока электроэнергии. При этом качество и частота переменного напряжения энергосистем могут существенно различаться. Такие преобразователи используются в системах электропередачи на постоянном токе. Преобразователи, работающие как в выпрямительном, так и инверторном режимах, а в общем случае во всех четырех квадрантах (см. рис. 3.3), рационально использовать в технических системах, где имеет место изменение направления потока электроэнергии между источниками переменного и постоянного тока. Например, при подготовке аккумуляторных батарей обычно проводится зарядно-разрядный цикл (заряд — разряд — заряд) батареи. Для этой цели эффективно может быть использовано зарядно-разрядное устройство, в основе которого лежит схема преобразователя, работающего в выпрямительном и инверторном режимах. При заряде постоянный ток поступает от преобразователя, работающего в выпрямительном режиме, в батарею, а при разряде энергия, запасенная в батарее, передается в сеть через преобразователь, который переходит в инверторный режим. Инверторный режим работы преобразователей широко используется в транспортном электроприводе, для обеспечения рекуперации энергии в сеть и при торможении двигателя. Автономные инверторы находят основное применение в агрегатах бесперебойного питания (АБП), обеспечивающих электропитание переменным током ответственных потребителей. Примерами таких потребителей являются: а)технические средства связи; б)комплексы автоматического управления сложными технологическими процессами в металлургии, нефтяной и газовой промышленности и др.; в)системы с ЭВМ, предназначенные для обработки, хранения и распределения информации; г)системы аварийного освещения, контроля и защиты различных объектов (атомных электростанций, промпредпри-ятий, медицинских учреждений и др.).  Рис. 6.2. Структурные схемы агрегатов бесперебойного питания Указанные потребители в зависимости от технических и других требований допускают перерыв в электроснабжении на очень короткое время (от долей секунды до десятков секунд) или в некоторых случаях совсем не допускают его. Источником энергии на время перерыва электроснабжения (до запуска резервных электростанций) являются накопители различного рода. В системах бесперебойного питания в качестве накопителей чаще всего используются аккумуляторные батареи или электрохимические источники постоянного тока. Для передачи электроэнергии этих источников потребителям переменного тока широко используются автономные инверторы. На ри. 6.2 представлено несколько упрощенных структурных схем *АБП, содержащих автономные инверторы. Согласно структуре, изображенной на рис. 6.2, а, нагрузка Н получает питание непосредственно от энергосети или резервной электростанции через контактор Кх. При отключении сетевого напряжения в течение времени, необходимого для запуска резервной электростанции, нагрузка получает питание от автономного инвертора И через контактор К2. Первичным источником электроэнергии в этом режиме является аккумуляторная батарея АБ. Восполнение энергии АБ осуществляется зарядным устройством ЗУ. Время перерыва в электропитании потребителей при такой структуре определяется временами срабатывания контакторов Кх и К2. . На рис. 6.2, б представлена структура АБП, обеспечивающая безразрывность кривой выходного напряжения на шинах нагрузки при переходе с сети на резервную электростанцию и обратно. При такой структуре нагрузка постоянно получает питание с выхода автономного инвертора. На вход инвертора поступает 0 ... 39 40 41 42 43 44 45 ... 49
|
