Convertisseurs DC/DC à thyristors

Le convertisseur DC/DC à thyristors (DC) est un dispositif de conversion de courant alternatif en courant continu avec régulation selon une loi donnée des paramètres de sortie (courant et tension). Les convertisseurs à thyristors sont conçus pour alimenter les circuits d'induit des moteurs et leurs enroulements de champ.

Les convertisseurs à thyristors se composent des unités de base suivantes :

• un transformateur ou une réactance de limitation de courant côté AC,

• blocs redresseurs,

• réacteurs de lissage,

• éléments du système de commande, de protection et de signalisation.

Le transformateur adapte les tensions d'entrée et de sortie du convertisseur et (comme le réacteur de limitation de courant) limite le courant de court-circuit dans les circuits d'entrée. Les réacteurs de lissage sont conçus pour lisser les ondulations de la tension et du courant redressés. Les selfs ne sont pas fournies si l'inductance de charge est suffisante pour limiter l'ondulation dans certaines limites.

L'utilisation de convertisseurs DC-DC à thyristor permet de réaliser pratiquement les mêmes caractéristiques d'entraînement électrique que lors de l'utilisation de convertisseurs rotatifs dans systèmes générateur-moteur (D — D), c'est-à-dire régler le régime et le couple du moteur sur une large plage, pour obtenir des caractéristiques mécaniques particulières et la nature souhaitée des transitoires au démarrage, à l'arrêt, en marche arrière, etc.

Cependant, par rapport aux convertisseurs statiques rotatifs, ils présentent un certain nombre d'avantages connus, c'est pourquoi les convertisseurs statiques sont préférés dans les nouveaux développements des entraînements électriques de grue. Les convertisseurs DC-DC à thyristor sont les plus prometteurs pour une utilisation dans les entraînements électriques des mécanismes de grue d'une puissance supérieure à 50-100 kW et des mécanismes où il est nécessaire d'obtenir des caractéristiques spéciales de l'entraînement en modes statique et dynamique.

Schémas de redressement, principes de construction des circuits de puissance des convertisseurs

Les convertisseurs à thyristors sont fabriqués avec des monophasés et des multiphasés circuits correctifs… Il existe plusieurs rapports de conception pour les schémas de rectification de base. L'un de ces schémas est illustré à la fig. 1, un. Régulation de la tension Va et du courant Ia produits en modifiant l'angle de commande α... Dans la fig. 1, b-e, par exemple, la nature de la variation des courants et des tensions dans un circuit de redressement triphasé à zéro avec une charge active-inductive est illustrée

Riz. 1. Circuit neutre triphasé (a) et diagrammes des variations de courant et de tension dans les modes redresseur (b, c) et onduleur (d, e).

L'angle représenté sur les diagrammes γ (angle de commutation) caractérise la durée pendant laquelle le courant parcourt simultanément deux thyristors. La dépendance de la valeur moyenne de la tension réglée Вa sur l'angle de réglage α est appelée la caractéristique de commande.

Pour les circuits neutres, la tension redressée moyenne est donnée par l'expression

où m - le nombre de phases de l'enroulement secondaire du transformateur ; U2f est la valeur efficace de la tension de phase de l'enroulement secondaire du transformateur.

Pour les circuits en pont Udo 2 fois plus élevé, car ces circuits équivalent à une connexion en série de deux circuits zéro.

Les circuits de correction monophasés sont généralement utilisés dans les circuits avec des résistances inductives relativement importantes.Ce sont des circuits d'enroulements d'excitation indépendants de moteurs, ainsi que des circuits d'induit de moteurs de faible puissance (jusqu'à 10-15 kW). Les circuits polyphasés sont principalement utilisés pour couler des circuits d'induit de moteurs d'une puissance supérieure à 15-20 kW et moins souvent pour alimenter des enroulements de champ. Par rapport aux circuits redresseurs monophasés, les circuits redresseurs polyphasés présentent un certain nombre d'avantages. Les principaux sont : une pulsation plus faible de la tension et du courant redressés, une meilleure utilisation du transformateur et des thyristors, une charge symétrique des phases du réseau d'alimentation.

Dans les convertisseurs DC-DC à thyristor destinés aux entraînements de grue d'une puissance supérieure à 20 kW, l'utilisation de montage en pont triphasé… Cela est dû à la bonne utilisation du transformateur et des thyristors, au faible niveau d'ondulation de la tension et du courant redressés, et à la simplicité du circuit et de la conception du transformateur.Un avantage bien connu d'un circuit en pont triphasé est qu'il peut être réalisé non pas avec une connexion de transformateur, mais avec un réacteur de limitation de courant, dont les dimensions sont nettement inférieures aux dimensions du transformateur.

Dans un circuit neutre triphasé, les conditions d'utilisation du transformateur avec les groupes de connexion couramment utilisés D / D et Δ / Y sont moins bonnes en raison de la présence d'une composante constante du flux. Cela conduit à une augmentation de la section du circuit magnétique et, par conséquent, de la puissance nominale du transformateur. Pour éliminer la composante constante du flux, une connexion en zigzag des enroulements secondaires du transformateur est utilisée, ce qui augmente également quelque peu la puissance de conception. Le niveau accru, l'ondulation de la tension redressée, ainsi que l'inconvénient noté ci-dessus, limitent l'utilisation d'un circuit neutre triphasé.

Un circuit de réacteur à six phases est recommandé lorsqu'il est utilisé pour une basse tension et un courant élevé car dans ce circuit, le courant de charge circule en parallèle plutôt qu'en série à travers deux diodes comme dans un circuit en pont triphasé. L'inconvénient de ce circuit est la présence d'une self de lissage d'une puissance typique d'environ 70% de la puissance nominale corrigée. De plus, une conception de transformateur assez complexe est utilisée dans les circuits à six phases.

Les circuits redresseurs basés sur des thyristors permettent un fonctionnement en deux modes - redresseur et onduleur. Lors du fonctionnement en mode onduleur, l'énergie du circuit de charge est transférée au réseau d'alimentation, c'est-à-dire dans le sens opposé par rapport au mode redresseur, donc, lors de l'inversion, le courant et e. etc. C. les enroulements du transformateur sont dirigés dans le sens opposé et, lorsqu'ils sont redressés, conformément.La source de courant en mode inverseur est e. etc. c.charge (machines à courant continu, inductance) qui doit dépasser la tension de l'onduleur.

Le passage du convertisseur à thyristor du mode redresseur au mode onduleur est réalisé en changeant la polarité de e. etc. c) augmenter la charge et l'angle α au-dessus de π/2 avec une charge inductive.

Riz. 2. Circuit anti-parallèle pour la mise en marche de groupes de vannes. UR1 — UR4 — réacteurs de nivellement ; RT — réacteur limiteur de courant ; CP — réacteur de lissage.

Riz. 3. Schéma de TP irréversible pour les circuits des enroulements d'excitation des moteurs. Pour assurer le mode d'inversion, il est nécessaire que le prochain thyristor à fermeture ait le temps de restaurer ses propriétés de blocage tant qu'il est sous tension négative, c'est-à-dire dans l'angle φ (Fig. 1, c).

Si cela ne se produit pas, le thyristor de fermeture peut se rouvrir lorsqu'une tension directe lui est appliquée. Cela entraînera le renversement de l'onduleur, où un courant de secours se produira, comme par ex. etc. C. Les machines à courant continu et le transformateur correspondront dans la direction. Pour éviter un retournement, la condition est requise

où δ - l'angle de restauration des propriétés de verrouillage du thyristor ; β = π — α Il s'agit de l'angle d'attaque de l'onduleur.

Les circuits de puissance des convertisseurs à thyristors, destinés à alimenter les circuits d'induit des moteurs, sont réalisés en version irréversible (un groupe de redresseurs de thyristors) et réversible (deux groupes de redresseurs). Les versions irréversibles des convertisseurs à thyristors, assurant une conduction unidirectionnelle, permettent un fonctionnement en mode moteur et générateur dans un seul sens du couple moteur.

Pour changer le sens du moment, il faut soit changer le sens du courant d'induit avec le sens du flux de champ constant, soit changer le sens du flux de champ tout en conservant le sens du courant d'induit.

Les convertisseurs inverseurs à thyristors ont plusieurs types de schémas de circuit de puissance. Le plus courant est le schéma avec connexion anti-parallèle de deux groupes de vannes à un enroulement secondaire du transformateur (Fig. 2). Un tel schéma peut être mis en œuvre sans transformateur séparé en alimentant des groupes de thyristors à partir d'un réseau alternatif commun via des limiteurs de courant d'anode de réacteurs RT. Le passage à la version réacteur réduit considérablement la taille du convertisseur à thyristor et réduit son coût.

Les convertisseurs à thyristor pour les circuits d'enroulement des champs de moteur sont principalement fabriqués dans une construction irréversible. En figue. La figure 3a montre l'un des circuits de commutation redresseur utilisé. Le circuit vous permet de faire varier le courant d'excitation du moteur sur une large plage. La valeur minimale du courant se produit lorsque les thyristors T1 et T2 sont fermés, et la valeur maximale lorsqu'ils sont ouverts. En figue. 3, b, d montre la nature du changement de tension redressée pour ces deux états de thyristors, et sur la Fig. 3, dans la condition où

Méthodes de contrôle des convertisseurs inverseurs à thyristors

Dans les convertisseurs inverseurs à thyristors, il existe deux manières principales de contrôler les groupes de vannes - conjointes et séparées. La cogestion, en revanche, est effectuée de manière cohérente et incohérente.

Avec contrôle coordonné, impulsions de tir thyristors sont appliqués aux deux groupes de vannes de manière à ce que les valeurs moyennes de la tension corrigée pour les deux groupes soient égales entre elles. Ceci est fourni sous condition

où av et ai — les angles de réglage des groupes de redresseurs et d'onduleurs. En cas de contrôle incohérent, la tension moyenne du groupe onduleur dépasse la tension du groupe redresseur. Ceci est réalisé à condition que

La valeur instantanée des tensions de groupe avec contrôle conjoint n'est pas égale à tout moment, de sorte que dans une boucle fermée (ou des circuits) formée par des groupes de thyristors et des enroulements de transformateur, un courant d'égalisation circule pour limiter les réacteurs d'égalisation UR1-UR4 sont inclus dans le convertisseur à thyristors (voir Fig. 1).

Les selfs sont connectées à la boucle de courant d'égalisation, une ou deux par groupe, et leur inductance est choisie pour que le courant d'égalisation ne dépasse pas 10% du courant nominal de charge. A la mise sous tension des selfs de limitation de courant, deux par groupe, elles saturent lorsque le courant de charge circule. Par exemple, lors du fonctionnement du groupe B, les réacteurs UR1 et UR2 sont saturés, tandis que les réacteurs URZ et UR4 restent non saturés et limitent le courant d'égalisation. Si les réacteurs sont allumés, un par groupe (UR1 et URZ), ils ne sont pas saturés lorsque la charge utile circule.

Les convertisseurs avec un contrôle incohérent ont des tailles de réacteur plus petites qu'avec un contrôle coordonné.Cependant, avec un contrôle incohérent, la plage d'angles de contrôle admissibles diminue, ce qui entraîne une moins bonne utilisation du transformateur et une diminution du facteur de puissance de l'installation.Dans le même temps, la linéarité des caractéristiques de contrôle et de vitesse du système électrique lecteur est violé. Le contrôle séparé des groupes de vannes est utilisé pour éliminer complètement les courants d'égalisation.

Le contrôle séparé consiste dans le fait que les impulsions de contrôle ne sont appliquées qu'au groupe qui doit fonctionner en ce moment. Les impulsions de commande ne sont pas fournies aux vannes du groupe de repos. Pour changer le mode de fonctionnement du convertisseur à thyristor, un dispositif de commutation spécial est utilisé qui, lorsque le courant du convertisseur à thyristor est nul, supprime d'abord les impulsions de commande du groupe de travail précédent, puis, après une courte pause (5- 10 ms), envoie des impulsions de commande à l'autre groupe.

Avec un contrôle séparé, il n'est pas nécessaire d'inclure des réacteurs d'égalisation dans le circuit de groupes de vannes séparés, le transformateur peut être pleinement utilisé, la probabilité de renversement de l'onduleur en raison d'une diminution du temps de fonctionnement du convertisseur à thyristor en mode onduleur est réduit, les pertes d'énergie sont réduites et, par conséquent, l'efficacité de l'entraînement électrique augmente en raison de l'absence de courants d'égalisation. La commande séparée impose cependant des exigences élevées à la fiabilité des dispositifs de blocage des impulsions de commande.

Un dysfonctionnement dans le fonctionnement des dispositifs de blocage et l'apparition d'impulsions de commande sur un groupe de thyristors non fonctionnels entraînent un court-circuit interne dans le convertisseur à thyristors, car le courant d'égalisation entre les groupes dans ce cas n'est limité que par la réactance du transformateur enroulements et atteint une valeur trop élevée.