Введение к работе
Лктуалыюсть работы. Полупроводниковые преобразователя
электрической энергии - выпрямите.'»!, инверторы, преобразователи
частоты, преобразователи постоянного напряжения - являются
зажнейшими устройствами силовой электроники. В последнее время
повысился интерес к импульсным преобразователям нерегулируемого
постоянного напряжения з регулируемое постоянное (ИППН),.которые
применяются в регулируемом электроприводе постоянного тока, з
источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры,
з электрохимии и в электросварке. Подобные преобразователи
выполняются в диапазоне средних мощностей на транзисторах или на
полностью управляемых тиристорах, а в диапазоне больших мощностей -
на полууправляемых тиристорах с параллельной или последовательной
коммутацией при помощи коммутирующих узлов (рис.1). В настоящее
время тирнсторные ИППН с параллельной коммутацией применяются на
электропоездах ЭР12 и ведутся разработки таких преобразователей для
тяговых электроприводов троллейсусио-трамвайного транспорта и
загонов метрополитенов, з связи с чем исследование аварийных режимов
и разработка устройств защиты указанных преобразователей
приобретают актуальное значенне.Известные устройства контроля
состояния тиристора и системы зашиты, разработанные на основе
анализа аварийных ре:кимов в трудах Глуха Е.М., Зеленова В.Е. и
Андриенко П.Д. для выпрямителей, инверторов и преобразователей
частоты, лишь частично можно использовать а тиристорных ИППН.
Трудности анализа аварийных процессов з тиристорных ИППН связаны
с непериодичностью их протекания, сложностью расчетных схем
замещения и необходимостью решения систем дифференциальных
уравнений высокого порядка с разрывной правой частью и с
постоянными времени, отличающимися на несколько порядков.
Численное решение таких систем относится к классу жстких задач,
требующих больших затрат машинного времени и расширенного объема
памяти ЭВМ, что вынуждает искать аналитические методы их решения с
меньшими вычислительными затратами, так как известные
аналитические методы анализа цепей высокого порядка отличаются сложностью расчета и громоздкостью получаемых конечных выражений.
Целью рахЗоты является исследование аварийных режимов тиристорных ИППН на полууправляемых тиристорах . с
-.-4-
хоммутйрующими узлами при помошн разработанной методики и разработка быстродействующих устройств их защиты от срыва коммутации, внешних и внутренних к.з.
Для выполнения поставленной -цепи были решены- нижеследующие задачи: -.-
1.Разработка методики расчета аварийных режимов ИППН. построенных на полуупраиляемых тиристорах
2.Анадиз при помощи разработанной методики расчета и выявление
особенностей протекания аварийных режимов тнрнсторных импульсных
преобразователей постоянного напряжения при срыве коммутации,
внешнем и внутреннем К.З.. .
З.Сравшпельная оценка анодного тока и его производной при нормальной коммутации силового тиристора и при срыве коммутации.
4.Разработка устройств контроля состояния тиристора, регистрирующих- срыв коммутации' в начале его развития, а такж? разработка устройств и способов зашиты тнрнсторных ИППН.
5.Сравнительная оценка коммутирующей способности исполнительных органов зашиты, выполненных на базе тнрнсторных ключей.
На\-ч)іая новизна. 1. Разработана методика расчета аварийных режимов ИППН. основанная на методе прнпасовывання н отличающаяся тем. что на интервалах линейности схем замещения преобразователь используются новые правила определения операторных токов и напряжений преобразователя. Составной частью этой методики являются алгоритм нахождения коэффициентов аналитических выражений токов и напряжений е линейной схеме любого порядка, представленный в виде таблиц, и программа, реализующая эт'вт алгоритм.
2. Проведен анализ аварийных злектромагніггньїх процессов в
тнрнсторных ИППН с активно-индуктивной нагрузкой с использованием
разработанной методики: построены кривые теплового воздействия
аварийного тока на силовые тиристоры преобразователя.
3. Разработаны методики расчета : устройств контроля состояния
тиристора; ишолшггельных усгронстБ защиты на базе тиристорных
выключателей; параметров' импульсной зашиты тиристорных
преобразователей.
Оыявлены граничные соотношения- между параметрами коммутирующей индуктивности її индуктивностью фильтра для обеспечения нормальной коммутации в тиристорных ИППН.
5.Разработана математическая модель тиристора на этапе запирания при линейном коммутирующем импульсе.
, ;-5---<''.
Практическое значение результатов работы.
-
Разработанная методика расчета аварийных режимов ИППН позволяет получить выражения для токов и . напряжений з унифицированном виде, что существенно сокращает машинное время расчета.
-
Предложенный способ защиты тиристорного ИППН при работе от источника питания с .С-фильтром позволяет разрабатывать надежные устройства защиты с меньшей стоимостью защитного оборудования, чем у известных, и расширенными функциональными возможностями.
-
Разработанные устройства контроля состояния тиристора, регистрирующие срыв коммутации в начале развития, отличаются повышенной помехоустойчивостью и простотой схем.
4. Разработанные рекомендации по применению предложенных в
работе устройств контроля состояния тиристора в тиристорных
пребразователях позволяют создавать более быстродействующие,
эффективные и дешевые устройства защиты от срыва коммутации.
Реализация работы Устройства- контроля состояния тиристора использованы в ИППН, питающих электроприводы постоянного тока на ООО "Чебоксарский хлопчатобумажный комбинат", и при модернизации тиристорного преобразователя частоты ТП4-1 на АО "Чебоксарский агрегатный завод"; методика расчета предельной коммутирующей способности была применена для расчета коммутирующего конденсатора системы защиты преобразователя частоты ТПЧ-1 на АО "Чебоксарский агрегатный завод", что подтверждается актами внедрения.
Теоретические положения методики расчета аварийных режимов используются в учебном процессе по курсу ТОЭ на электротехнических специальностях Чувашского госуниверситета им. И.Н.Ульянова, что подтверждается актом внедрения.
Апробация работьі. Основные положения работы и ее результаты докладывались и обсуждались на, ежегодных научно-технических конференциях ЧувГУ (г.Чебоксары с 1972 по 1990 г.г.),-на научно-техническом семинаре "Тиристорные системы электропривода и промышленной автоматики постоянного тока" (Ленинград, 1974г.), на научно-методическом совете Минвуза СССР по "Промышленной электронике" (Чебоксары,- 1986г.), на межвузовской научно-технической конференции "Динамика, нелинейных, дискретных, электротехнических и электронных систем" (Чебоксары, 1995г.) и.- на '. Всероссийской
,-6-
- межвузовской научно-технической конференции "Информационные технологии ь электротехнике и электроэнергетике" (Чебоксары, 1996г.).
Публикации. Содержание работы отражено в 17 опубликованных работах, в том числе б трех авторских свидетельствах на изобретения. Основные положения, еъшосимые на защиту:
методика расчета аварийных режимов ИППН, отличающаяся от известных более экономичным определением аналитических выражений для токов и напряжений ;
методики расчета устройств контроля состояния тиристора: исполнительных устройств зашиты на базе тиристорных выключателей с оценкой их предельной коммутирующей способности; параметров импульсной зашиты тиристорных преобразователей; .
-граничные соотношения между параметрами коммутирующей индуктивности и индуктивностью фильтра для обеспечения нормальной ..коммутации в тиристорных ИППН;
- способ защиты тиристорных преобразователей;
схемотехнические решения устройств контроля состояния тиристора в ИППН с параллельной и последовательной коммутацией.
Структура и объем работы: Диссертация -содержит введение, 5 глав, заключение, список літератури из 113 наименований и 5 приложений. Обший объем составляет 260 страниц, в том числе 122 страницы м.п. текста, 61 рисунок, 2 таблицы, список литераторы на 11 страницах и 5 приложении на 75 страницах.
