2015-02-24
1821
В таких системах исполнительный двигатель постоянного тока получает питание от судовой сети через управляемый вентильный преобразователь ВП (рис. 9.5).
Рис. 9.5. Структурная схема тиристорного электропривода постоянного тока
В качестве вентилей используются управляемые полупроводниковые диоды – тиристоры.
В общем случае такой электропривод состоит из следующих основных элементов:
1. силовой трансформатор Тр;
2. вентильный преобразователь ВП;
3. сглаживающий фильтр СФ;
4. система управления СУ.
5. электродвигатель постоянного тока М;
Силовой трансформатор Тр служит для согласования номинального напряжения двигателя с выходным напряжением преобразователя.
Вентильный преобразователь выпрямляет напряжение и регулирует его в нужных пределах. Для питания цепей якоря двигателя применяют однополупериодные схемы с нулевым выводом (рис. 9.6, а) или двухполупериодные мостовые схемы (рис.9.6., б).
Рис. 9.6. Схемы включения якоря двигателей постоянного тока на вентильный преобразователь: с нулевым выводом (а); мостовая (б)
В таких схемах обмотки возбуждения двигателей обычно получают питание от общей сети переменного тока через маломощные однофазные выпрямители.
Сглаживающий фильтр (дроссель Др на рис.9.6) предназначен для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. При этом улучшаются условия коммутации и уменьшается нагрев обмотки якоря двигателя.
Система управления СУ изменяет угол отпирания тиристоров α. Вследствие чего изменяется выпрямленное напряжение на якоре исполнительного двигателя, а значит, и его скорость.
31эм.12.01.15г.34эм.15.01.15.32эм.17.01.15г.
При этом, при малых скоростях якоря этот угол близок к 90º, а для разгона якоря СУ непрерывно уменьшает этот угол. При номинальном (наибольшем) напряжении на якоре угол α = 0º. 
Механические характеристики двигателя при разных значениях угла отпирания тиристоров α приведены на рис. 9.7.
Они подобны механическим характеристикам исполнительного двигателя в системе Г – Д (рис. 9.4).
Рис. 9.7. Электромеханические характеристики двигателя при разных значениях угла α
На рис. 9.7 штриховой линией показана граница между режимами непрерывного (справа от пунктирной линии) и прерывистого (слева от этой линии) токов якоря двигателя.
Электромеханические характеристики имеют такие особенности:
1. при уменьшении угла отпирания тиристоров от α = π / 2 = 90º (характеристика 2) до α 
= 0º (характеристика 7) скорость двигателя увеличивается, двигатель работает в двигательном режиме;
2. при увеличении угла α свыше 90º (характеристика 1) ток якоря двигателя не изменяет направление, но двигатель реверсирует и переходит в режим тормозного спуска. при котором электромагнитный момент двигателя, направленный на подъем, ограничивает скорость спуска тяжелого груза или судового якоря с якорь-цепью.
Лекция № 8
«Аварийные режимы работы и защита полупроводниковых преобразователей»
В процессе эксплуатации полупроводниковых преобразователей возможно возникновение аварийных режимов. Аварийные режимы ПП, в зависимости от места повреждения, разделяют на внешние и внутренние.
К внутренним относятся режимы, возникающие при повреждении полупроводниковых вентилей в одном или нескольких плечах силовой схемы вследствие теплового или электрического пробоя.
Внешние аварийные режимы возникают при коротких замыканиях во входной или выходной цепи преобразователя, при перегрузке или коротком замыкании непосредственно у потребителя.
К основным видам аварийных режимов ПП относятся:
- внешние аварии, вызванные КЗ в нагрузке или в распределительной сети;
- внутренние аварии, вызванные отказами полупроводниковых вентилей;
- опрокидывание инвертора (КЗ в цепи постоянного тока через инвертор);
- появление уравнительных токов в реверсивных преобразователях или преобразователях частоты с непосредственной связью.
На рис. 9.12 представлены наиболее часто встречаемые на практике аварийные режимы мостового полупроводникового выпрямителя.
Рис. 9.12. Аварийные режимы трехфазного мостового выпрямителя: 1 - КЗ на шинах переменного тока; 2 - пробой тиристора; 3 - КЗ на шинах постоянного тока; 4 - КЗ вблизи потребителей.
Внутреннее короткое замыкание трехфазного мостового выпрямителя возникает при пробое тиристора одного плеча, причинами которого являются перегрев структуры вентиля при перегрузке по току или пробой обратным напряжением при всплесках напряжения в судовой сети.
В случае внешнего КЗ в нагрузке происходит сравнительно плавное нарастание тока короткого замыкания выпрямителя до установившегося значения.
Причиной аварийных режимов инверторов могут быть нарушения в системе управления (пропуск одного или всех сигналов управления тиристорами), кратковременное снижение напряжения сети переменного тока, увеличение тока и угла коммутации, пробой одного из тиристоров инверторного моста, сбои в системе управления и т.д.
В результате этих нарушений происходит одновременное открывание двух тиристоров в одном плече и протекание тока КЗ через инвертор. Такой аварийный режим называется опрокидывание инвертора (рис. 9.13).
Рис. 9.13. Аварийный режим опрокидывания инвертора
Опрокидывание наступает в случае, если тиристор после токопроводящего периода не запирается, а снова вступает в работу и начинает проводить электрический ток.
Ток КЗ при опрокидывании силовых инверторов может достигать 15 - 40-кратного значения от номинального значения, что может вызвать серьезные повреждения электрической аппаратуры.
Для ограничения скорости нарастания и величины аварийных токов после опрокидывания в цепь постоянного тока инвертора включают реактор со значительной индуктивностью.
Для автономных инверторов характерны те же аварийные режимы, что и для инверторов, ведомых сетью.
В виду чувствительности ПП к всплескам напряжения, токам перегрузки и КЗ, к системам их защиты предъявляются жесткие требования по быстродействию, что не всегда может быть обеспечено традиционной защитно-коммутационной аппаратурой.
На рис. 9.14 приведена принципиальная схема защиты трехфазного мостового полупроводникового выпрямителя с помощью быстродействующих плавких предохранителей.
Рис. 9.14. Схема защиты полупроводникового выпрямителя с помощью быстродействующих плавких предохранителей
Предохранители могут быть установлены:
- в фазных проводах переменного тока, обеспечивая отключение внешних КЗ;
- в цепях полупроводниковых вентилей для защиты от внутренних КЗ;
- в выходных цепях постоянного тока и в цепях отдельных потребителей.
В силовых полупроводниковых преобразователях, входящих в состав ВГУ и ГЭУ, запрещается использование плавких предохранителей, так как их перегорание приведет к обесточиванию или потере управляемости судна. В таких установках для защиты полупроводниковых преобразователей применяют быстродействующие автоматические выключатели или
полупроводниковые защитные устройства (тиристорные расцепители или короткозамыкатели).
Тиристорным расцепителем называют защитное устройство выполненное, как правило, на основе одно- или двухоперационных тиристоров.
В нормальных режимах эксплуатации расцепитель, как и автоматические выключатели, проводит электрический ток.
В случае возникновения аварийных режимов по сигналу из системы управления ПП тиристорный расцепитель запирается, и ток начинает проходить через токоограничивающий резистор, который устанавливается параллельно расцепителю.
Короткозамыкатель, в отличие от расцепителя, в нормальных режимах эксплуатации электрический ток не проводит, а открывается только при возникновении аварийных режимов.
На рис. 9.15, а представлен короткозамыкатель, состоящий из тиристоров VD 7-9, подключаемых параллельно к основным тиристорам преобразователя VD 1-3.
Рис. 9.15. Защита полупроводникового преобразователя с помощью короткозамыкателя (а) и тиристорного расцепителя (б)(схему см. в эл.виде)
При возникновении аварийных режимов тиристоры короткозамыкателя VD 7-9 открываются, а тиристоры преобразователя VD 1-3 запираются.
Аварийные токи начинают протекать через токоограничивающий резистор R, в результате чего достигается их снижение.
Полупроводниковый расцепитель на базе двухоперационного тиристора показан на рис. 9.15, б. (схему см. в эл. виде).
В нормальном режиме эксплуатации тиристор расцепителя VD 7 открыт и проводит электрический ток.
При возникновении КЗ и протекании аварийных токов расцепитель по сигналу из системы управления запирается, и ток протекает через токоограничивающее сопротивление R.
Способ защиты и выбор схем защитных устройств ПП зависит от вида преобразователя, его мощности, количества параллельно и последовательно включенных полупроводниковых приборов, нагрузки, частоты сети и др.34эм.21.01.15г.31эм.23.01.15г.32эм.24.01.15г.
