Курсовая работа: Схемы выпрямления
2.1 Понятие полупроводникового тиристора
Полупроводниковые тиристоры имеют три электрода (катодный, анодный и управляющий электрод) и обладают двумя устойчивыми состояниями: открытым (проводящим ток) и закрытыми (непроводящим ток).
2.2 Полупроводниковый тиристор
Ток через тиристор начинает проходить, когда к анодному выводу приложен положительный потенциал и подан положительный по отношению к катодному выводу управляющий сигнал. По внешнему виду тиристор напоминает диод, но в отличие от него имеет дополнительный управляющий электрод.
Представляющая собой зависимость проходящего тока от приложенного напряжения. Обратная ветвь характеристики тиристора (при подаче на анодный вывод отрицательного напряжения) не отличается от характеристики полупроводникового диода. При положительном потенциале на анодном выводе сопротивление тиристора зависит от управляющего тока. При отсутствии управляющего сигнала сопротивление тиристора велико, что соответствует участку низкой электропроводности характеристики. Ток управления переводит тиристор в открытое состояние при прямом напряжении. При прохождении через управляющий электрод номинального тока участок низкой проводимости практически отсутствует, и в прямом направлении характеристика тоже такая же, как у диода.
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).