Выпрямитель для возбуждения синхронных электродвигателей

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для питания обмотки возбуждения синхронного электродвигателя. Выпрямитель содержит устройство плавного пуска, согласующий силовой трансформатор, диодный трехфазный выпрямительный мост, фильтр постоянного напряжения, шунтирующий резистор с тиристорным ключом, ШИМ-регулятор на IGBT-транзисторном модуле, обеспечивает плавное включение выпрямителя (исключает пусковые токи силового трансформатора), высокий (близкий к единице) коэффициент потребляемой мощности во всех режимах работы, малые искажения формы напряжения питающей сети, высокие динамические характеристики. 2 ил.

 

Данное изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для питания обмоток возбуждения синхронных электродвигателей.

Известны выпрямители для питания обмоток возбуждения синхронных электродвигателей, содержащие защитно-коммутационную аппаратуру в питающей цепи переменного тока, трансформатор, трехфазный тиристорный выпрямительный мост, шунтирующий резистор с ключом.

Наиболее близкими к предлагаемому изобретению являются выпрямители серии В-ТПЕ8-320 ТУ16-2015 ЕИАЛ.435310.018 ТУ [1], выполненные по функциональной схеме, приведенной на рис. 1. Выпрямители данной серии содержат защитно-коммутационную аппаратуру (автоматический выключатель) F и трансформаторы тока ТА1, ТА2, ТА3 в питающей цепи переменного тока, силовой трансформатор Т, трехфазный тиристорный выпрямительный мост 1, шунтирующий резистор 2, тиристорный ключ 3, блок САУ 4.

Недостатками данных выпрямителей являются:

- для обеспечения форсировочного режима возбуждения электродвигателя применяется трансформатор с повышенным вторичным напряжением (до 2-х кратного превышения напряжения, необходимого для работы электродвигателя в нормальном режиме), вследствие чего тиристоры выпрямителя при нормальном режиме работают с большим углом управления - в сеть вносятся значительные нелинейные искажения формы напряжения и из сети потребляется значительная реактивная мощность, для компенсации которой используется дополнительный компенсатор реактивной мощности;

- низкое быстродействие, не позволяющее снижать негативное воздействие динамических нагрузок при переходных процессах на электродвигатель и механизм привода;

- наличие пусковых токов на входе выпрямителя (пусковой ток трансформатора) при его включении, что негативно воздействует на питающую сеть.

Для исключения перечисленных недостатков предлагается снабдить выпрямитель дополнительно устройством плавного пуска 7, состоящим из трех токоограничительных резисторов 71 и маломощного контактора 72, фильтром постоянного напряжения 5, ШИМ-регулятором 6, состоящим из IGBT-транзисторного модуля типа МТКИД 61 и тиристора 62, устройством плавного пуска 7, а вместо трехфазного тиристорного выпрямительного моста 1 использовать диодный трехфазный выпрямительный мост 8, причем:

фильтр постоянного напряжения 5 подключен параллельно выходу трехфазного диодного выпрямительного моста 8, к катодной группе которого подключен вывод коллектора IGBT-модуля 61, вывод его эмиттера подключен к пусковому резистору 3 и является плюсовым выходным выводом выпрямителя, а анодный вывод диода IGBT-модуля подключен к катоду тиристора 62, анодный вывод которого подключен к анодной группе диодного моста 8, к этой же точке цепи, являющейся минусовым выходным выводом выпрямителя, подключен вывод тиристорного ключа 3, а другой его вывод подключен к выводу пускового резистора 2, второй вывод которого подключен к эмиттеру транзистора IGBT-модуля 61 и к плюсовому выходному выводу выпрямителя, а устройство плавного пуска 7 подключено параллельно контактам автоматического выключателя F.

Работа предлагаемого выпрямителя.

Включение выпрямителя происходит следующим образом: включается маломощный контактор 72 в устройстве плавного пуска 7 и подает напряжение от питающей сети через токоограничительные резисторы 71 и трансформаторы тока ТА1-ТА3 на первичную обмотку силового трансформатора Т. Переменное напряжение вторичной обмотки трансформатора Т выпрямляется трехфазным диодным выпрямительным мостом и поступает на фильтр постоянного напряжения 5. При этом пусковой ток и ток заряда фильтра постоянного напряжения 5 ограничивается токограничительными резисторами 71 устройства плавного пуска 7 на уровне не более номинального тока выпрямителя. После заряда конденсатора фильтра постоянного тока 5 потребляемый из сети ток становится минимальным, затем включается силовой контактор F, шунтирует устройство плавного пуска 7 и напрямую подает напряжение питающей сети на трансформатор. При этом не возникает бросков потребляемого из сети тока.

При пуске синхронного двигателя в асинхронном режиме включается тиристорный ключ 3 и к обмотке двигателя подключается пусковой резистор 2. В процессе разгона двигателя уменьшаются величина и частота переменного тока через пусковой резистор 2 и после снижении скольжения двигателя ниже заданного значения в момент отрицательной полуволны напряжения на выходных выводах выпрямителя снимаются импульсы управления с тиристорного ключа 3, включается тиристор 62 и начинает работать IGBT-транзисторный модуль ШИМ-регулятора. При этом напряжение на выходе выпрямителя становится положительным, тиристорный ключ 3 закрывается, ток через пусковой резистор 2 прекращается. Далее начинает протекать постоянный ток заданного значения через обмотку возбуждения электродвигателя, и он переходит в синхронный режим работы. При работе выпрямителя во всех режимах работы в питающую сеть вносятся минимальные нелинейные искажения, потребляется минимальная реактивная мощность, выпрямитель имеет высокий коэффициент мощности.

Работа ШИМ-регулятора на IGBT-транзисторном модуле происходит на высокой частоте, что обеспечивает высокую динамику регулирования тока возбуждения для обеспечения требуемых параметров тока, напряжения, момента на валу и cos ϕ электродвигателя.

Управление работой составных частей выпрямителя осуществляется сигналами из САУ по заданному алгоритму.

Список литературы:

1. Выпрямители В-ТПЕ8-320 ТУ 16-2015 ЕИАЛ.435310.018 ТУ

Выпрямитель для питания обмотки возбуждения синхронного электродвигателя, содержащий защитно-коммутационную аппаратуру F в питающей цепи переменного тока, трансформаторы тока ТА1, ТА2, ТА3, трансформатор Т, трехфазный выпрямительный мост, шунтирующий резистор, тиристорный ключ, блок САУ, отличающийся тем, что в выпрямитель дополнительно введены устройство плавного пуска, состоящее из трех токоограничительных резисторов и маломощного контактора, фильтр постоянного напряжения, ШИМ-регулятор, состоящий из IGBT-транзисторного модуля и тиристора, устройство плавного пуска, а трехфазный выпрямительный мост выполнен в виде диодного трехфазного выпрямительного моста, причем: фильтр постоянного напряжения подключен параллельно выходу трехфазного диодного выпрямительного моста, к катодной группе которого подключен вывод коллектора IGBT-модуля, вывод его эмиттера подключен к пусковому резистору и является плюсовым выходным выводом выпрямителя, а анодный вывод диода IGBT-модуля подключен к катоду тиристора, анодный вывод которого подключен к анодной группе диодного моста, к этой же точке цепи, являющейся минусовым выходным выводом выпрямителя, подключен вывод тиристорного ключа, а другой его вывод подключен к выводу пускового резистора, второй вывод которого подключен к плюсовому выходному выводу выпрямителя, а устройство плавного пуска подключено параллельно контактам автоматического выключателя F.