ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области электротехники. Предложенное техническое решение может быть использовано в любых полупроводниковых преобразователях, где имеются последовательно соединенные тиристоры.
Известна установка выпрямительная типа ВУКН (Выпрямительная установка на кремниевых вентилях) для плавки гололеда на проводах и тросах воздушных высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП) постоянным током. [1]. Установка является статическим преобразователем трехфазного переменного тока в постоянный и выполнена по трехфазной мостовой схеме выпрямления с выходными параметрами:
- частота, Гц - 50;
- напряжение, В - 8000;
- ток, А - -1200.
Каждая фаза схемы выпрямления состоит из двух полуфаз (плеч) включенных параллельно и последовательно вентилей. Плечо фазы состоит из вентилей, соединенных по три параллельно и таких групп соединений двенадцать последовательно. Для равномерного распределения обратных напряжений параллельно вентилям присоединены цепочки, состоящие из шунтирующих конденсаторов и резисторов. Трансформаторы каждой фазы являются датчиками защиты установки при пробое вентилей. Включение установки в работу, а также отключение производится ключом управления, установленным на двери шкафа управления.
Известно устройство для плавки гололеда на проводах и тросах воздушных линий электропередачи, содержащее однофазный преобразователь [2], питание которого осуществляется от вспомогательного трехфазного трансформатора через разъединители и выбранную для плавки гололеда фазу воздушной линии. К зажимам постоянного напряжения однофазного преобразователя присоединена конденсаторная батарея,
параллельно полностью управляемым вентилям присоединены обратные диоды, а зажим переменного тока однофазного преобразователя, соединенный с землей, параллельно соединен с грозозащитным тросом.
Наиболее близким техническим решением к предложенному преобразователю является установка для плавки гололеда на воздушных линиях электропередач (ЛЭП) [3], выполненная на базе управляемых шестипульсных выпрямителей. Питание осуществляется или от шин с соответствующим напряжением или от трехфазного силового трансформатора. Вентильный мост представляет собой трехфазный мостовой преобразователь, содержащий шесть идентичных тиристорных модулей. Часть модулей образуют катодную группу, а другая часть модулей - анодную. Основу модуля составляют восемь силовых тиристоров, соединенные последовательно.
При применении в преобразователях с напряжением, превышающим допустимое значение напряжения тиристора, с целью предотвращения пробоя тиристора обратным напряжением и открытия их прямым напряжением тиристоры соединяют последовательно в зависимости от рабочего напряжения. Как известно, тиристоры имеют разное время открытия (включения). При работе тиристоров, соединенных последовательно, на последний открываемый по времени тиристор прикладывается все рабочее напряжение преобразователя и происходит открытие его прямым напряжением, что недопустимо по техническим условиям на тиристор, т.к. через несколько циклов он выйдет из строя. В дальнейшем выводится из строя последний открывающийся тиристор из оставшихся тиристоров, что приводит к выходу из строя преобразователя.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении надежности работы путем исключения аварийной ситуации при разбросе времени включения тиристоров в процессе эксплуатации, а также увеличении срока службы преобразователя.
Технический результат достигается тем, что преобразователь, содержащий блоки тиристоров, блоки диодов, соединенные в трехфазную мостовую схему выпрямления, дополнительно снабжен компенсационным блоком, через который соединен блок тиристоров к питающей фазе, при этом компенсационный блок выполнен из трансформатора питания, трех трансформаторов компенсации, трех резисторов, трех диодов, тиристора, ограничителя напряжения, двух конденсаторов и тирактора, причем последовательно включенные вторичные обмотки трансформаторов компенсации последовательно включены в блок тиристоров, а их параллельно включенные первичные обмотки - параллельно первому конденсатору, который подключен к однопериодной схеме выпрямления, выполненной из первого диода, первой вторичной обмотки трансформатора питания, второго резистора, и через тиристор и тирактор подключен к первичным обмоткам трансформаторов компенсации, а второй конденсатор подключен к однопериодной схеме выпрямления, выполненной из второго диода, второй вторичной обмотки трансформатора питания, третьего резистора, и через тиристор к первичным обмоткам импульсных трансформаторов управления блоком тиристоров, при этом третий диод соединен встречно-параллельно тиристору, а тирактор подключен последовательно в цепь разряда - заряда первого конденсатора первичных обмоток трансформаторов компенсации.
Предлагаемое техническое решение иллюстрируется чертежами:
- на фиг.1 представлена структурная блок-схема преобразователя;
- на фиг.2 представлена схема компенсационного блока защиты последовательно соединенных тиристоров.
Структурная схема преобразователя (фиг.1) содержит блоки тиристоров (БТ), блоки диодов (БД), соединенные в трехфазную мостовую схему выпрямления, при этом блок тиристоров (БТ) соединен к питающей фазе через компенсационный блок (КБ).
Компенсационный блок (фиг.2) включает в себя трансформатор питания Т1; трансформаторы компенсации Т2, Т3, Т4; конденсаторы С1, С2; резисторы R1, R2, R3; диоды V1, V2; V4; тиристор V3; ограничитель напряжения R4; тирактор L.
После снятия компенсирующего напряжения при прохождении тока нагрузки преобразователя через вторичные обмотки трансформаторов Т2-Т4 происходит перемагничивание магнитопроводов и на их первичных обмотках трансформируется напряжение и ток, который в основном обеспечивает заряд конденсатора С1.
Решение подключить первичные обмотки трансформаторов компенсации Т2-Т4 через диод V4 и тирактор L к конденсатору С1 позволяет использовать их энергию для его зарядки, что позволяет использовать трансформатор питания меньшей мощности (в несколько десятков раз ~ до 4 кВТ).
При нарастании тока в силовой схеме (через вторичные обмотки трансформаторов Т2-Т4 и блока тиристоров) в первые 15 мкс на их первичных обмотках трансформируется напряжение и ток, который обеспечивает в основном заряд конденсатора С1. Величина напряжения заряда конденсатора С1 поддерживается автоматически и зависит от «угла» регулирования силовых тиристоров. Трансформатор Т1 служит для зарядки конденсаторов С1 и С2 перед началом пуска преобразователя и подпитывает их в процессе работы. Резистор R3 и ограничитель напряжения R4 служат для ограничения напряжения на конденсаторе С1.
Вторичные обмотки трансформаторов Т2, Т3, Т4 последовательно включены в цепь тиристоров, а первичные обмотки трансформаторов Т2, Т3, Т4 включены параллельно конденсатору С1 через тиристор V3 и тирактор L. Параллельно конденсатору С1 включены резистор R3 и ограничитель напряжения R4. Также конденсатор С1 подключен к однопериодной схеме выпрямления, состоящей из диода VI, первой вторичной обмотки
трансформатора питания Т1 и резистора R1. Диод V4 подключен встречно-параллельно тиристору V3.
Конденсатор С2 подключен к однопериодной схеме выпрямления, состоящей из второй вторичной обмотки трансформатора питания Т1, диода V2 и резистора R2 и через тиристор V3 к первичным обмоткам импульсных трансформаторов управления блока тиристоров.
Устройство работает следующим образом:
Работа преобразователя рассмотрена на примере управляемого несимметричного выпрямителя. Диод V1 и резистор R2 подключены к обмотке трансформатора Т1 с напряжением 1420 В и обеспечивают заряд конденсатора С1 до напряжения 2000 В. Повышать напряжение нецелесообразно, так как к диоду V1 в определенный момент прикладывается последовательно напряжение конденсатора С1 и напряжение с обмотки трансформатора. Конденсатор С2 заряжается до напряжения, необходимого, чтобы сформировать импульсы управления для тиристоров плеча фазы выпрямителя. (Величина емкости С1, выбирается в соответствии с максимальными паспортными данными, временами открывания рабочих тиристоров и характера нагрузки преобразователя.) Заряд конденсаторов С1, С2 и управление тиристора V3 сдвинуты по времени работы на 180 эл. град. и синхронизируются с рабочим напряжением преобразователя. При подаче импульса управления на тиристор V3 происходит разряд конденсаторов С1, С2. Разряжаясь конденсатор С1 через первичные обмотки, соединенные параллельно, трансформаторов Т2, Т3, Т4 формируют компенсационное напряжение длительностью около 15 мкс и суммарным напряжением значением 12000-13500 В. Компенсационное напряжение подается встречно прямому напряжению, прикладываемому к последовательно соединенным тиристорам, в аналогичных схемах, не имеющих компенсационного блока, такое решение не имеет места. Длительность компенсационного напряжения зависит от сечения железа трансформаторов и рассчитывается как трансформаторы напряжения, где
частота (f) задается из учета двойной длительности компенсационного напряжения. Компенсационное напряжение формируется на вторичных обмотках трансформатора (компенсационная цепь), которые входят в силовую цепь выпрямителя и состоят из шинопровода. Для обеспечения изоляции между витками, компенсационная цепь распределена на вторичные обмотки трех трансформаторов.
Разряд С2 формирует импульсы управления тиристоров преобразователя достаточной длительности для их открытия. Длительность импульса обеспечивается автоматически, как только открываются тиристоры и через них проходит рабочий ток, трансформаторы Т2, Т3, Т4 перемагничиваются и на первичные обмотки трансформируется напряжение, которое закрывает тиристор V3 и через диод V4 осуществляет основной заряд конденсатора С1. В следующий проводящий полупериод от трансформатора питания ток дозаряжает конденсатор С1, подготавливая схему к следующему циклу работы. Величина напряжения на конденсаторе контролируется ограничителем напряжения R4 с последовательно включенным с ним резистором R3.
Использование предлагаемого технического решение позволит повысить надежность работы преобразователя, исключить аварийные ситуации при разбросе времени включения тиристоров, и увеличить срок эксплуатации преобразователя более чем на 40%. Источники информации.
1. ТУ 16.529.781-79 «Установка выпрямительная типа ВУКН (Выпрямительная установка на кремниевых вентилях)
2. Балыбердин Л.Л., Галанов В.И. и другие. Патент РФ №2235397 ОАО «НИИ по передаче электроэнергии постоянным током высокого напряжения» Санкт-Петербург, (RU).
3. ОАО «НИИПТ», Санкт-Петербург, (RU). Выпрямительная установка для плавки гололеда на проводах ЛЭП (ВУПГ) (прототип).